什么是伺服系統？組成、原理及分類一覽

1.伺服系統

伺服系統的定義如下：實現執行機械對給定量(指令)的準確跟蹤，當給定量隨機變化時，系統能使被控制量準確無誤地跟隨并復現給定量，實質就是跟隨指令運動的機電系統，也被稱為隨動系統。

2.伺服系統的組成

伺服系統主要由伺服控制器、驅動電路、伺服電動機及相應反饋檢測器件組成。

(1)伺服電機

伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的電機，伺服電機內部帶有編碼器，能實時反饋運動數 據給伺服驅動器。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，可把所收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度輸出。

(2)伺服驅動器

伺服驅動器是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服 系統的一部分，它的主要作用是按照控制命令的要求，對功率進行放大、變換與調控等處理之后傳遞給伺 服電機。

(3)傳感裝置

傳感裝置最常用的是編碼器，一般伺服電機內自帶編碼器，用以反饋采集的實際運動數據給驅動器， 從而實現運動控制閉環。

(4)伺服驅動器對伺服電機的控制

伺服驅動器一般通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制，實現高精度的傳動系統定位。

①位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈沖的個數來確定轉動 的角度，也有些伺服可以直接對速度和位移進行賦值，位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制。

②速度模式：速度模式通過模擬量的輸入或脈沖頻率的輸入進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環 PID 控 制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或負載的位置信號給反饋上位機做運算用。

③轉矩控制：轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，可 以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小。

3.伺服系統原理

當人為的給定控制信號并被伺服控制系統接收時，執行機構就會按照控制信號的指令進行一系列的運動和動作;如果不再出現信號，被控傳動裝置停止動作直到控制信號的來臨。

4.伺服系統分類

(1)根據其作用對象的不同，可分為位置伺服系統和速度伺服系統兩大類

1)位置伺服系統

是指能夠對目標指令位置進行精確的跟蹤和定位的伺服系統。根據有無反饋，位置伺服系統分為開環控制和閉環控制兩種。

開環位置伺服系統具有結構簡單、成本低的優點，但是不具有位置、速度反饋功能，其位置控制精度依賴于步進電機的步距角和傳動機構的精度。

閉環控制分為全閉環控制和半閉環控制。全閉環控制下，檢測元件直接檢測被控對象在工作臺上的位移，并把該位移反饋給控制器，以構成全閉環控制。由于控制器可以根據被控對象的實際位移進行控制，因此全閉環控制具有很高的定位精度，可以消除從電機到機械傳動機構再到被控對象，整個過程的誤差。然而，閉環控制結構比較復雜，成本較高，難以實現。

2)速度伺服系統

通常被驅動機具的負載力矩是經常變化的,供電電源的電壓和頻率也是經常變化的,那么,被驅動對象的運行速度通常也是變化的。因此,速度伺服系統主要任務是保持被驅動的機具 (或稱負載) 在所需要的精確的速度 (絕不是1種速度) 下穩定運行。

(2)按照其執行電動機的不同又可分為直流伺服系統和交流伺服系統

1)直流伺服系統

直流伺服系統指的就是伺服電機是采用直流電機的伺服系統。

2)交流伺服系統

交流伺服系統主要由交流伺服驅動器(或稱控制器)和交流伺服電動機組成，系統以驅動器為核心，驅動控制交流伺服電動機的運轉，轉矩、速度或位置的閉環控制使系統動態性能和靜態性能優異。

以上梳理了伺服系統的定義、類型及原理等，希望對你有所幫助，如果你想了解更多相關內容，敬請關注三個皮匠報告的行業知識欄目。

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