簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)伺服系統(tǒng)

來源：書香半島

伺服系統(tǒng)（servomechanism）又稱隨動(dòng)系統(tǒng)，是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。在自動(dòng)化領(lǐng)域很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角），其結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。

伺服在自動(dòng)化半導(dǎo)體設(shè)備中的應(yīng)用極其廣泛,例如在涂膠機(jī),***等設(shè)備上均有。

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（ServoSystem）簡(jiǎn)稱伺服系統(tǒng)，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，例如數(shù)控機(jī)床等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（使用在機(jī)電系統(tǒng)中的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，為了能夠和絲杠等機(jī)械部件直接相連。伺服電機(jī)有一種專門的小慣量電機(jī)，為了得到極高的響應(yīng)速度。但這類電機(jī)的過載能力低，當(dāng)使用在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中時(shí)，必須加減速裝置。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量反映了系統(tǒng)的加速度特性，在選擇伺服電機(jī)時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不能大于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的3倍。）較大等特點(diǎn)，這類專用的電機(jī)稱為伺服電機(jī)。當(dāng)然，其基本工作原理和普通的交直流電機(jī)沒有什么不同。該類電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)單元稱為伺服驅(qū)動(dòng)單元，有時(shí)簡(jiǎn)稱為伺服，一般其內(nèi)部包括電流、速度和/或位置閉環(huán)。

伺服（Servo)是一個(gè)性能上的名詞，一般只要主令和控制結(jié)果的近似達(dá)到了一定高的程度就能稱為伺服，這和機(jī)器的結(jié)構(gòu)沒有直接的關(guān)系。例如伺服系統(tǒng)都沒有精確的慣量匹配的范圍，這是因?yàn)閼T量匹配的結(jié)果只要不影響控制對(duì)象對(duì)主令跟隨或影響不大就好了，跟具體是3還是3.5沒有關(guān)系。伺服系統(tǒng)也不一定是電機(jī)系統(tǒng)，有的氣動(dòng)系統(tǒng)就稱為氣動(dòng)伺服。

伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、指令機(jī)構(gòu)三大部分構(gòu)成，伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就是靠它來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的，伺服驅(qū)動(dòng)器是伺服電機(jī)的功率電源，指令機(jī)構(gòu)是發(fā)脈沖或者給速度伺服驅(qū)動(dòng)器的，常用的驅(qū)動(dòng)元件有IPM模塊。上位機(jī)：給伺服指令，如PLC、工控機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)等；伺服放大器：接收并處理上位機(jī)的指令，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度；伺服電機(jī)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其自帶的編碼器把電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度和速度反饋給伺服放大器，構(gòu)成閉環(huán)，確保精度！

1、控制器通常是計(jì)算機(jī)或PID控制電路，主要任務(wù)是對(duì)比較元件輸出的偏差信號(hào)進(jìn)行變換處理，控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作。

2、執(zhí)行環(huán)節(jié)，其作用是按控制信號(hào)的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作，機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓，氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等。

3、被控對(duì)象，機(jī)械參數(shù)量包括位移、速度、加速度、力和力矩為被控對(duì)象。

4、比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號(hào)的環(huán)節(jié)，通常由專門的電路或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

5、檢測(cè)環(huán)節(jié)，能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。

伺服系統(tǒng)本質(zhì)上是一種隨動(dòng)系統(tǒng)。只不過被控量是位移或是其對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。如果要問什么是隨動(dòng)系統(tǒng)，就是一個(gè)系統(tǒng)的輸出盡可能以最快，最精確的方式復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)。其衡量的指標(biāo)有超調(diào)量、延遲。下面就關(guān)于伺服電機(jī)的相關(guān)問題作出了整理,希望在今后的工作中能帶來幫助.

1.伺服電機(jī)為什么不會(huì)丟步？

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收電機(jī)編碼器的反饋信號(hào)，并和指令脈沖進(jìn)行比較，從而構(gòu)成了一個(gè)位置的半閉環(huán)控制。所以伺服電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，每一個(gè)指令脈沖都可以得到可靠響應(yīng)。

2.對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行機(jī)械安裝時(shí)，應(yīng)特別注意什么？

由于每臺(tái)伺服電機(jī)后端部都安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，它是一個(gè)十分易碎的精密光學(xué)器件，過大的沖擊力肯定會(huì)使其損壞。

3.如何調(diào)節(jié)伺服電機(jī)，調(diào)節(jié)伺服電機(jī)有幾種方式？

使用泰科智能圖像化軟件對(duì)電機(jī)的PID參數(shù)、電機(jī)參數(shù)、電子齒輪比等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.我們想用伺服電機(jī)替換產(chǎn)品中的步進(jìn)電機(jī)，應(yīng)注意哪些問題？

A.為了保證控制系統(tǒng)改變不大，應(yīng)選用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，仍可采用原來的脈沖控制方式；

B.由于伺服電機(jī)都有一定過載能力，所以在選擇伺服電機(jī)時(shí)，經(jīng)驗(yàn)上可以按照所使用的步進(jìn)電機(jī)輸出扭矩的1/3來參考確定伺服電機(jī)的額定扭矩；

C.伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速比步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要高的多，為了充分發(fā)揮伺服電機(jī)的性能，最好增加減速裝置，讓伺服電機(jī)工作在接近額定轉(zhuǎn)速下，這樣也可以選擇功率更小的電機(jī)，以降低成本。

5.用脈沖方式控制伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)?

一可靠性高，不易發(fā)生飛車事故。用模擬電壓方式控制伺服電機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)接線接錯(cuò)或使用中元件損壞等問題時(shí)，有可能使控制電壓升至正的最大值。這種情況是很危險(xiǎn)的。如果用脈沖作為控制信號(hào)就不會(huì)出現(xiàn)這種問題。

二 信號(hào)抗干擾性能好。數(shù)字電路抗干擾性能是模擬電路難以比擬的。

當(dāng)然目前由于伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制器的限制，用脈沖方式控制伺服電機(jī)也有一些性能方面的弱點(diǎn)。一是伺服驅(qū)動(dòng)器的脈沖工作方式脫離不了位置工作方式，二是運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器如何用足夠高的脈沖信號(hào)傳遞信息。

這兩個(gè)根本的弱點(diǎn)使脈沖控制伺服電機(jī)有很大限制。

(1)控制的靈活性大大下降。

這是因?yàn)樗欧?qū)動(dòng)器工作在位置方式下，位置環(huán)在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部。這樣系統(tǒng)的PID參數(shù)修改起來很不方便。當(dāng)用戶要求比較高的控制性能時(shí)實(shí)現(xiàn)起來會(huì)很困難。從控制的角度來看，這只是一種很低級(jí)的控制策略。如果控制程序不利用編碼器反饋信號(hào)，事實(shí)上成了一種開環(huán)控制。如果利用反饋控制，整個(gè)系統(tǒng)存在兩個(gè)位置環(huán)，控制器很難設(shè)計(jì)。在實(shí)際中，常常不用反饋控制，但不定時(shí)的讀取反饋進(jìn)行參考。這樣的一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，如果運(yùn)動(dòng)控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器之間的信號(hào)通道上產(chǎn)生干擾，系統(tǒng)是不能克服的。

(2)控制的快速性速度不高。

6.伺服電機(jī)通電以前應(yīng)做哪些檢查工作？

檢查電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的連線，連線不能虛連，線不能接錯(cuò)。

7.控制伺服時(shí)，給信號(hào)時(shí)，伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)，振動(dòng)?

U，V，W三相接錯(cuò)。

8.如何根據(jù)客戶的要求為客戶選配伺服電機(jī)和減速機(jī)，所選的方案應(yīng)為最佳。

根據(jù)功率選取減速機(jī)，選出合適的減速機(jī)尺寸，在根據(jù)減速機(jī)選擇合適的伺服電機(jī)，一定要注意速度的選取。

審核編輯：湯梓紅