伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)是(shi)以(yi)變(bian)頻(pin)技(ji)術(shu)為(wei)基(ji)礎(chu)發(fa)展(zhan)起(qi)來(lai)的(de)產(chan)品(pin)，是(shi)一(yi)種(zhong)以(yi)機(ji)械(xie)位(wei)置(zhi)或(huo)角(jiao)度(du)作(zuo)為(wei)控(kong)製(zhi)對(dui)象(xiang)的(de)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)除(chu)了(le)可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)速(su)度(du)與(yu)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)外(wai)，還(hai)可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)精(jing)確(que)
、快速、穩定的位置控製。

 

廣義的伺服係統是精確地跟蹤或複現某個給定過程的控製係統
，也可稱作隨動係統。

 

狹義伺服係統又稱位置隨動係統，其被控製量（輸出量）是負載機械空間位置的線位移或角位移
，當位置給定量（輸入量）作任意變化時，係統的主要任務是使輸出量快速而準確地複現給定量的變化。

 

 

 

機電一體化的伺服控製係統的結構
、類型繁多，但從自動控製理論的角度來分析，伺服控製係統一般包括控製器、被控對象、執行環節
、檢測環節、比較環節等五部分。

 

 

 

1、比較環節

 

bijiaohuanjieshijiangshurudezhilingxinhaoyuxitongdefankuixinhaojinxingbijiao
，yihuodeshuchuyushurujiandepianchaxinhaodehuanjie，tongchangyouzhuanmendedianluhuojisuanjilaishixian。

 

2、控製器

 

控製器通常是計算機或PID（比例
、積分和微分）控製電路，其主要任務是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理，以控製執行元件按要求動作。

 

3
、執行環節

 

zhixinghuanjiedezuoyongshiankongzhixinhaodeyaoqiu，jiangshurudegezhongxingshidenengliangzhuanhuachengjixieneng，qudongbeikongduixianggongzuo。jidianyitihuaxitongzhongdezhixingyuanjianyibanzhigezhongdianjihuoyeya、氣動伺服機構等。

 

4


、被控對象

 

被控對象指被控製的物件
，例如一個機械手 臂，或是一個機械工作平台。

 

5、檢測環節

 

檢測環節是指能夠對輸出進行測量並轉換成比較環節所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉換電路。

 

 

伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)與(yu)一(yi)般(ban)機(ji)床(chuang)的(de)進(jin)給(gei)係(xi)統(tong)有(you)本(ben)質(zhi)上(shang)差(cha)別(bie)
，它(ta)能(neng)根(gen)據(ju)指(zhi)令(ling)信(xin)號(hao)精(jing)確(que)地(di)控(kong)製(zhi)執(zhi)行(xing)部(bu)件(jian)的(de)運(yun)動(dong)速(su)度(du)與(yu)位(wei)置(zhi)。伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)是(shi)數(shu)控(kong)裝(zhuang)置(zhi)和(he)機(ji)床(chuang)的(de)聯(lian)係(xi)環(huan)節(jie)
，是(shi)數(shu)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)，具(ju)有(you)以(yi)下(xia)特(te)點(dian)：

 

 

 

 

 

1、執行元件的種類及其特點

 

（1）電氣式執行元件

 

電氣執行元件包括直流(DC)伺服電機、交流（AC）伺服電機、步bu進jin電dian機ji以yi及ji電dian磁ci鐵tie等deng，是shi最zui常chang用yong的de執zhi行xing元yuan件jian。對dui伺si服fu電dian機ji除chu了le要yao求qiu運yun轉zhuan平ping穩wen以yi外wai
，一yi般ban還hai要yao求qiu動dong態tai性xing能neng好hao，適shi合he於yu頻pin繁fan使shi用yong，便bian於yu維wei修xiu等deng。

 

（2）液壓式執行元件

 

液壓式執行元件主要包括往複運動油缸、回轉油缸、液壓馬達等
，其中油缸最為常見。在同等輸出功率的情況下，液壓元件具有重量輕、快速性好等特點。

 

（3）氣壓式執行元件

 

氣壓式執行元件除了用壓縮空氣作工作介質外，與液壓式執行元件沒有區別。氣壓驅動雖可得到較大的驅動力、行程和速度，但由於空氣粘性差
，具有可壓縮性，故不能在定位精度要求較高的場合使用。

 

三種類型的區別

 

 

2
、常用的控製用電機

 

控(kong)製(zhi)用(yong)電(dian)機(ji)是(shi)電(dian)氣(qi)伺(si)服(fu)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)動(dong)力(li)部(bu)件(jian)。它(ta)是(shi)將(jiang)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)為(wei)機(ji)械(xie)能(neng)的(de)一(yi)種(zhong)能(neng)量(liang)轉(zhuan)換(huan)裝(zhuang)置(zhi)。機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)產(chan)品(pin)中(zhong)常(chang)用(yong)的(de)控(kong)製(zhi)用(yong)電(dian)機(ji)是(shi)指(zhi)能(neng)提(ti)供(gong)正(zheng)確(que)運(yun)動(dong)或(huo)較(jiao)複(fu)雜(za)動(dong)作(zuo)的(de)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)。

 

控製用電機有回轉和直線驅動電機


，通過電壓

、電流
、頻率(包括指令脈衝)等控製
，實現定速、變速驅動或反複啟動、停止的增量驅動以及複雜的驅動，而驅動精度隨驅動對象的不同而不同。

 

（1）伺服驅動電機一般是指：步進電機（Stepping Motor）、直流伺服電機(DC Servo Motor)、交流伺服電機(AC Servo Motor)

 

 

（2）常用伺服控製電動機的控製方式主要有：開環控製、半閉環控製、閉環控製三種。

 

閉環係統的驅動係統具有位置(或速度)反饋環節；開環係統沒有位置與速度反饋環節。

 

a、開環數控係統

 

沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數控裝置→進給係統），故係統穩定性好。

 

 

wuweizhifankui
，jingduxiangduibihuanxitonglaijiangbugao
，qijingduzhuyaoqujueyusifuqudongxitonghejixiechuandongjigoudexingnenghejingdu。yibanyigonglvbujindianjizuoweisifuqudongyuanjian。

 

這類係統具有結構簡單、工作穩定、調試方便、維修簡單、價格低廉等優點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用於經濟型數控機床。

 

b、半閉環數控係統

 

半閉環數控係統的位置采樣點如圖所示
，是從驅動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。

 

 

半(ban)閉(bi)環(huan)環(huan)路(lu)內(nei)不(bu)包(bao)括(kuo)或(huo)隻(zhi)包(bao)括(kuo)少(shao)量(liang)機(ji)械(xie)傳(chuan)動(dong)環(huan)節(jie)，因(yin)此(ci)可(ke)獲(huo)得(de)穩(wen)定(ding)的(de)控(kong)製(zhi)性(xing)能(neng)，其(qi)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)雖(sui)不(bu)如(ru)開(kai)環(huan)係(xi)統(tong)，但(dan)比(bi)閉(bi)環(huan)要(yao)好(hao)。由(you)於(yu)絲(si)杠(gang)的(de)螺(luo)距(ju)誤(wu)差(cha)和(he)齒(chi)輪(lun)間(jian)隙(xi)引(yin)起(qi)的(de)運(yun)動(dong)誤(wu)差(cha)難(nan)以(yi)消(xiao)除(chu)。因(yin)此(ci)
，其(qi)精(jing)度(du)較(jiao)閉(bi)環(huan)差(cha)
，較(jiao)開(kai)環(huan)好(hao)。但(dan)可(ke)對(dui)這(zhe)類(lei)誤(wu)差(cha)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)

，因(yin)而(er)仍(reng)可(ke)獲(huo)得(de)滿(man)意(yi)的(de)精(jing)度(du)。

 

半閉環數控係統結構簡單
、調試方便、精度也較高，因而在現代CNC機床中得到了廣泛應用。

 

c、全閉環數控係統

 

全閉環數控係統的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。

 

 

從理論上講，可以消除整個驅動和傳動環節的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控製精度。由於位置環內的許多機械傳動環節的摩擦特性
、剛性和間隙都是非線性的
，故很容易造成係統的不穩定，使閉環係統的設計、安裝和調試都相當困難。

 

該係統主要用於精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數控機床等。

 

 

通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)
，我(wo)們(men)所(suo)說(shuo)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)是(shi)指(zhi)應(ying)用(yong)於(yu)多(duo)軸(zhou)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)的(de)精(jing)密(mi)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)。一(yi)個(ge)多(duo)軸(zhou)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)是(shi)由(you)高(gao)階(jie)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)器(qi)與(yu)低(di)階(jie)伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)器(qi)所(suo)組(zu)成(cheng)
，運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)器(qi)負(fu)責(ze)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)命(ming)令(ling)譯(yi)碼(ma)
、各個位置控製軸彼此間的相對運動
、加減速輪廓控製等等，其主要作用在於降低整體係統運動控製的路徑誤差;伺服驅動器負責伺服電機的位置控製，其主要作用在於降低伺服軸的追隨誤差。

 

機器人的伺服係統由伺服電機
、伺服驅動器、指zhi令ling機ji構gou三san大da部bu分fen構gou成cheng


，伺si服fu電dian機ji是shi執zhi行xing機ji構gou，就jiu是shi靠kao它ta來lai實shi現xian運yun動dong的de
，伺si服fu驅qu動dong器qi是shi伺si服fu電dian機ji的de功gong率lv電dian源yuan，指zhi令ling機ji構gou是shi發fa脈mai衝chong或huo者zhe給gei速su度du用yong於yu配pei合he伺si服fu驅qu動dong器qi正zheng常chang工gong作zuo的de。

 

 

機(ji)器(qi)人(ren)對(dui)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)的(de)要(yao)求(qiu)比(bi)其(qi)它(ta)兩(liang)個(ge)部(bu)分(fen)都(dou)高(gao)。首(shou)先(xian)要(yao)求(qiu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)具(ju)有(you)快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)性(xing)。電(dian)機(ji)從(cong)獲(huo)得(de)指(zhi)令(ling)信(xin)號(hao)到(dao)完(wan)成(cheng)指(zhi)令(ling)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)的(de)時(shi)間(jian)應(ying)短(duan)。響(xiang)應(ying)指(zhi)令(ling)信(xin)號(hao)的(de)時(shi)間(jian)愈(yu)短(duan)，電(dian)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)的(de)靈(ling)敏(min)性(xing)愈(yu)高(gao)
，快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)性(xing)能(neng)愈(yu)好(hao)，一(yi)般(ban)是(shi)以(yi)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)的(de)機(ji)電(dian)時(shi)間(jian)常(chang)數(shu)的(de)大(da)小(xiao)來(lai)說(shuo)明(ming)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)的(de)性(xing)能(neng)。其(qi)次(ci)
，伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)的(de)起(qi)動(dong)轉(zhuan)矩(ju)慣(guan)量(liang)比(bi)要(yao)大(da)。在(zai)驅(qu)動(dong)負(fu)載(zai)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，要(yao)求(qiu)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)的(de)起(qi)動(dong)轉(zhuan)矩(ju)大(da)，轉(zhuan)動(dong)慣(guan)量(liang)小(xiao)。最(zui)後(hou)
，伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)要(yao)具(ju)有(you)控(kong)製(zhi)特(te)性(xing)的(de)連(lian)續(xu)性(xing)和(he)直(zhi)線(xian)性(xing)

，隨(sui)著(zhe)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)的(de)變(bian)化(hua)，電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)能(neng)連(lian)續(xu)變(bian)化(hua)，有(you)時(shi)還(hai)需(xu)轉(zhuan)速(su)與(yu)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)成(cheng)正(zheng)比(bi)或(huo)近(jin)似(si)成(cheng)正(zheng)比(bi)。

 

當然，為了配合機器人的體形
，伺服電機必須體積小、質量小
、軸向尺寸短。還要經受得起苛刻的運行條件

，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行，並能在短時間內承受數倍過載。

 

sifuqudongqishikeliyonggezhongdianjichanshengdelijuheli，zhijiehuojianjiediqudongjiqirenbentiyihuodejiqirendegezhongyundongdezhixingjigou
，juyouzhuanjuzhuandongguanliangbigao
、無電刷及換向火花等優點
，在機器人中應用比較廣泛。

 

 

隨著伺服係統的應用越來越廣，用戶對伺服驅動技術的要求也越來越高。總的來說
，伺服係統的發展趨勢可以概括為以下幾個方麵：

 

 

集成化：伺服控製係統的輸出器件越來越多地采用開關頻率很高的新型功率半導體器件
，這種器件將輸入隔離

、能耗製動、過溫
、過壓、過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)及(ji)故(gu)障(zhang)診(zhen)斷(duan)等(deng)功(gong)能(neng)全(quan)部(bu)集(ji)成(cheng)於(yu)一(yi)個(ge)不(bu)大(da)的(de)模(mo)塊(kuai)之(zhi)中(zhong)，構(gou)成(cheng)高(gao)精(jing)度(du)的(de)全(quan)閉(bi)環(huan)調(tiao)節(jie)係(xi)統(tong)。高(gao)度(du)的(de)集(ji)成(cheng)化(hua)顯(xian)著(zhu)地(di)縮(suo)小(xiao)了(le)整(zheng)個(ge)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)體(ti)積(ji)。

 

智能化：伺服係統的智能化表現在以下幾個方麵:係統的所有運行參數都可以通過人機對話的方式由軟件來設置;它們都具有故障自診斷與分析功能;參數自整定的功能等。帶有自整定功能的伺服單元可以通過幾次試運行
，自動將係統的參數整定出來
，並自動實現其最優化。

 

網絡化：伺服係統網絡化是綜合自動化技術發展的必然趨勢，是控製技術、計算機技術和通信技術相結合的產物。

 

簡易化：這裏所說的“簡”不bu是shi簡jian單dan而er是shi精jing簡jian，是shi根gen據ju用yong戶hu情qing況kuang，將jiang用yong戶hu使shi用yong的de伺si服fu功gong能neng予yu以yi強qiang化hua，使shi之zhi專zhuan而er精jing
，而er將jiang不bu使shi用yong的de一yi些xie功gong能neng予yu以yi精jing簡jian，從cong而er降jiang低di了le伺si服fu係xi統tong成cheng本ben
，為wei客ke戶hu創chuang造zao更geng多duo的de收shou益yi。

 

jiqirendegongzuobiaoxianshousifuxitongyingxiangjida
，yinerjingmisifuxitongdeguanjianxingnengzhibiaoyongyuandoushixianjinxingbijiaodeshouyaoyinsu。guowaixianjinsifuxitongyijingnenggouhenhaodishiyingjuedaduoshuyingyongdexuqiu
，qiyanfaziyuanjizhongzaigebiegaoduanyingyongjizhengtixingnengtishengfangmian，chuyujingdiaoxikejieduan。zaigongye4.0的大背景下，國產伺服任重而道遠

，還需努力追趕。

 

本文轉載自傳感器技術。