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伺服系统的转矩模式（Torque Mode） 是伺服驱动器的三种基本控制模式之一（另外两种为位置模式、速度模式），其核心是通过控制伺服电机的输出转矩来实现负载的力或力矩控制，广泛应用于需要精确力控的场景（如张力控制、压力控制、柔性装配等）。

一、转矩模式的核心原理

在转矩模式下，伺服驱动器接收转矩指令信号（通常为模拟量电压或数字量指令），并通过电流环控制，使电机输出与指令成比例的转矩。

• 指令信号与转矩的关系：例如，模拟量输入 ±10V 对应电机额定转矩的 ±100%（如 + 10V 对应额定转矩，-10V 对应反向额定转矩）。

• 转矩闭环控制：驱动器通过检测电机电流（电流与转矩成正比），实时调整输出，确保实际转矩与指令一致。

二、转矩模式的关键参数设置

使用转矩模式时，需在伺服驱动器中配置以下核心参数（以三菱伺服为例，如 MR-J4/J5 系列）：

1. 控制模式选择

• 参数号（示例）：Pr0.00 = 2（设定为转矩模式）。

2. 转矩指令来源

• 模拟量输入：选择转矩指令由外部模拟量（如 PLC 的 DA 模块输出）控制（Pr1.00 = 0）。

• 数字量指令：通过脉冲串或通信（如 CC-link、EtherCAT）发送转矩指令（需配合对应参数）。

3. 转矩限制与增益

• 正向转矩限制（Pr2.10）：限制最大正向输出转矩（防止过载）。

• 反向转矩限制（Pr2.11）：限制最大反向输出转矩。

• 电流环增益（Pr4.01）：调整转矩响应速度（增益越高，响应越快，可能影响稳定性）。

4. 零漂补偿

• 转矩指令零漂补偿（Pr3.04）：消除无指令时的微小转矩输出（防止电机微动）。

三、典型控制流程（以 PLC + 伺服为例）

1. 硬件连接

• PLC 通过模拟量输出模块（如三菱 FX5-4DA）向伺服驱动器的模拟量输入口（如 CN1A 的 4 脚 / 5 脚）发送转矩指令电压（0~10V 或 ±10V）。

• 伺服驱动器的编码器信号反馈给 PLC（可选，用于监测电机转速或位置，实现辅助控制）。

2. PLC 程序逻辑

• 根据工艺需求计算目标转矩（如张力控制中，根据卷材直径和目标张力计算所需转矩）。

• 将目标转矩转换为对应模拟量输出（如目标转矩为额定值的 50%，则输出 5V）。

• 示例（三菱 GX Works3）：

  plaintext

• // 计算目标转矩百分比（0~100%）
  目标转矩百分比 := 张力设定值 / 最大张力 * 100;
  // 转换为模拟量输出（0~10V对应0~100%）
  DA输出值 := 目标转矩百分比 * 100;  // 假设DA模块10V对应数值10000，则100%对应10000

3. 启停与保护

• 通过伺服使能信号（如 PLC 输出 Y0 控制伺服 ON/OFF）启动或停止转矩输出。

• 监测伺服报警信号（如驱动器 ALM 报警输出），异常时断开使能并触发报警。

四、应用场景

1. 张力控制：如薄膜、线材卷绕过程中，通过控制收卷电机的转矩维持恒定张力。

2. 压力控制：如冲压设备的柔性压合，通过控制电机转矩确保压力稳定。

3. 同步跟随：如多轴联动时，通过转矩模式实现负载均衡（如分摊重物提升力）。

4. 力限制保护：如装配过程中，设定最大转矩防止过度拧紧或压溃工件。

五、注意事项

1. 转速限制：转矩模式下电机转速由负载决定（负载转矩与输出转矩平衡），需通过外部机械或驱动器参数（如最大转速限制 Pr2.00）防止超速。

2. 动态响应：转矩模式对负载变化敏感，需合理调整电流环增益，避免震荡。

3. 指令精度：模拟量指令易受干扰，长距离传输时需使用屏蔽线；高精度场景建议采用数字量通信（如 EtherCAT）。

4. 零漂处理：确保无指令时电机无转矩输出，否则需通过参数补偿或 PLC 输出偏移量校准。

转矩模式是伺服系统实现力控的核心方式，其优势在于能直接对负载力 / 力矩进行精确控制，配合 PLC 或上位机的逻辑调节，可满足多种柔性制造和精密控制需求。