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伺服电机的扭矩模式（Torque Mode） 是一种以输出扭矩为控制目标的运行模式，核心是通过控制电机电流（扭矩与电流成正比），使输出扭矩稳定在设定值，而非控制位置或速度，适用于需要精确控制力的场景（如张紧控制、压力控制、柔性夹持等）。

一、扭矩模式的核心原理

1. 控制逻辑：扭矩模式下，伺服驱动器接收扭矩指令信号（通常为模拟量 0~10V 或 ±10V，对应 0~ 额定扭矩或 ± 额定扭矩），通过电流环闭环控制，调节电机绕组电流，使实际输出扭矩与指令扭矩一致。

• 例如：指令信号为 5V（对应 50% 额定扭矩），驱动器会自动调整电流，确保电机输出 50% 额定扭矩，无论负载转速如何变化（只要不超过最大转速限制）。

2. 与位置 / 速度模式的区别：

• 位置模式：控制电机精准到达目标位置（指令为脉冲数）；

• 速度模式：控制电机维持稳定转速（指令为速度值）；

• 扭矩模式：控制电机输出固定扭矩（指令为扭矩值），转速随负载变化（负载小则转速升高，负载过大可能堵转，需限幅保护）。

二、扭矩模式的关键参数设置

以三菱 J4 伺服为例，需配置以下核心参数（不同品牌参数号可能不同，但功能类似）：

三、典型应用场景

1. 张紧控制（如薄膜、线材生产）：

• 需求：保持材料张力恒定（张力 = 扭矩 / 卷轴半径），防止材料拉伸或松弛。

• 实现：通过张力传感器反馈信号，PLC 调节伺服扭矩指令，使张力稳定在设定值（卷径变化时，PLC 动态修正扭矩指令）。

2. 柔性夹持（如机器人抓取易碎品）：

• 需求：输出固定小扭矩，确保夹住工件且不压碎（如玻璃、鸡蛋）。

• 实现：设定扭矩指令为额定扭矩的 10%~20%，电机接触工件后因负载增大而停转，维持夹持力。

3. 压力控制（如压装、焊接）：

• 需求：压头输出恒定压力（压力与扭矩成正比），确保装配或焊接质量。

• 实现：通过压力传感器反馈，调节扭矩指令，使压力稳定在设定范围（如汽车零部件压装）。

4. 负载模拟（如测试设备）：

• 需求：模拟不同阻力负载（如电机性能测试时，用伺服扭矩模式提供反向阻力）。

• 实现：通过程序动态调整扭矩指令，模拟从 0 到额定负载的变化。

四、扭矩模式的控制电路与程序设计

1. 硬件接线

• 扭矩指令：PLC 模拟量输出（如 FX5-4DA）→ 伺服驱动器模拟量输入（如 CN1B-12/13，0~10V）。

• 使能信号：PLC 输出（Y0）→ 伺服使能端（CN1B-6）。

• 反馈信号：伺服扭矩反馈（模拟量输出）→ PLC 模拟量输入，用于监控实际扭矩。

2. PLC 程序逻辑（以张力控制为例）

ladder

// 读取张力传感器反馈值（D100：当前张力）
FROM K100 K0 D100 K1  // 模拟量模块读取张力信号

// 张力PID调节（目标张力D200，输出扭矩指令D300）
PID D100 D200 D300 D400  // D400：PID参数表

// 将扭矩指令转换为0~10V模拟量（D300范围0~4000对应0~10V）
MOV D300 D500
DIV D500 K400 D501  // 10V对应4000，故除以400得电压值（0~10）

// 输出模拟量到伺服驱动器
TO K200 K0 D501 K1  // 模拟量输出模块输出扭矩指令

五、注意事项

1. 速度限幅必须设置：扭矩模式下，若负载突然减小（如工件脱落），电机可能因扭矩未变而高速旋转，需通过 Pr23 设置最高转速限制，避免危险。

2. 扭矩精度受因素影响：

• 低速时（≤50rpm），摩擦扭矩可能导致精度下降（需驱动器开启 “摩擦补偿” 功能）；

• 电源电压波动会影响电流稳定性，建议使用稳压电源。

3. 与位置 / 速度模式切换：实际应用中常需模式切换（如抓取时用扭矩模式，移动时用位置模式），切换前需确保指令平滑过渡，避免冲击。

4. 散热与过载保护：持续输出高扭矩（如 80% 以上额定扭矩）时，需确保伺服电机散热良好，避免过热报警（可加装散热风扇）。

总结

扭矩模式是伺服系统 “力控” 场景的核心模式，通过精准控制电流实现恒定扭矩输出，关键是合理设置扭矩限幅、速度限幅及指令来源。实际应用中需结合传感器反馈（如张力、压力）和闭环调节（如 PID），确保扭矩稳定。