伺服系統的工作原理

　　伺服系統（servomechanism）又稱隨動系統，是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。伺服系統使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統。它的主要任務是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調控等處理，使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。在很多情況下，伺服系統專指被控制量（系統的輸出量）是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統，其作用是使輸出的機械位移（或轉角）準確地跟蹤輸入的位移（或轉角），其結構組成和其他形式的反饋控制系統沒有原則上的區別。伺服系統最初用于國防軍工, 如火炮的控制, 船艦、飛機的自動駕駛,導彈發射等,后來逐漸推廣到國民經濟的許多部門,如自動機床、無線跟蹤控制等。

　　20世紀80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術和交流可變速驅動技術的發展，永磁交流伺服驅動技術有了突出的發展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機和伺服驅動器系列產品并不斷完善和更新。交流伺服系統已成為當代高性能伺服系統的主要發展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以后，世界各國已經商品化了的交流伺服系統是采用全數字控制的正弦波電動機伺服驅動。交流伺服驅動裝置在傳動領域的發展日新月異。

　　永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較：

　　主要優勢：

　　1、無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養要求低；

　　2、定子繞組散熱比較方便；

　　3、慣量小，易于提高系統的快速性；

　　4、適應于高速大力矩工作狀態；

　　5、同功率下有較小的體積和重量。

　　主要劣勢：

　　1、永磁交流伺服系統采用了編碼器檢測磁極位置，算法復雜；

　　2、交流伺服系統維修比較麻煩，因為電路結構復雜；

　　3、交流伺服驅動器可靠性不如直流伺服，因為板件太過于精密。

　　到20世紀80年代中后期，各公司都已有完整的系列產品。整個伺服裝置市場都轉向了交流系統。早期的模擬系統在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運動控制的要求，隨著微處理器、新型數字信號處理器（DSP）的應用，出現了數字控制系統，控制部分可完全由軟件進行。

　　高性能的電伺服系統大多采用永磁同步型交流伺服電動機，控制驅動器多采用快速、準確定位的全數字位置伺服系統。

　　工作原理

　　1、伺服系統（servo mechanism）是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現位移。

　　因為，伺服電機本身具備發出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環，如此一來，系統就會知道發了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現精確的定位，可以達到0.001mm。

　　直流和交流伺服電機

　　1、直流伺服電機分為有刷和無刷電機。

　　有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（換碳刷），產生電磁干擾，對環境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業和民用場合。

　　無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩定。控制復雜，容易實現智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環境。

　　2、交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩運行的應用。

　　3、伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數）。

　　交流伺服電機和無刷直流伺服電機在功能上的區別：

　　交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。

　　永磁交流伺服電機

　　永磁交流伺服電機同直流伺服電動機比較的主要優點有：

　　⑴無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養要求低。

　　⑵定子繞組散熱比較方便。

　　⑶慣量小，易于提高系統的快速性。

　　⑷適應于高速大力矩工作狀態。

　　⑸同功率下有較小的體積和重量。