伺服控制的概念,、原理及應用方法

一.什么是伺服,？為什么要用伺服,？

伺服系統(tǒng)定義：實現(xiàn)輸出變量精確地跟隨或復現(xiàn)輸入變量的控制系統(tǒng),。對運動控制的要求越來越高,，伺服控制應運而生,。

二.什么是伺服電機,？它有什么特點,？

伺服電動機又稱執(zhí)行電動機,，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件,，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出,。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是,，當信號電壓為零時無自轉現(xiàn)象,，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

伺服點的特點在這里和步進電機相比較下說的更清楚點:

1,、 控制精度不同

兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°,、 1.8°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °,、0.36°,。也有一些高性能的步進電機步距角更小,。如四通公司生產的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為0.09°,；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°,、0.9°、0.72°,、0.36°,、0.18°、0.09°,、0.072°,、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角,。

交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證,。以松下全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準2500線編碼器的電機而言,，由于驅動器內部采用了四倍頻技術,，其脈沖當量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言,，驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈,，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655,。

2,、低頻特性不同

步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關,，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半,。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時,，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象,，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等,。

交流伺服電機運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象,。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能（FFT）,，可檢測出機械的共振點,，便于系統(tǒng)調整。

3,、矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降,，且在較高轉速時會急劇下降,，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出,，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內,，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出,。

4,、過載能力不同

步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力,。以松下交流伺服系統(tǒng)為例,，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的三倍,，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩,。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩,，往往需要選取較大轉矩的電機,，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象,。

5,、運行性能不同

步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉的現(xiàn)象,，停止時轉速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象,，所以為保證其控制精度，應處理好升,、降速問題,。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣,，內部構成位置環(huán)和速度環(huán),，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠,。

6,、速度響應性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好,，以松下MSMA 400W交流伺服電機為例,，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合,。

三.編碼器的類型有哪些,？各有什么應用場合？

編碼器是將信號或數(shù)據進行編制、轉換為可用以通訊,、傳輸和存儲的信號形式的儀表設備,。

1、按碼盤的刻空方式不同分類：（現(xiàn)在的編碼器分類方法很多,，只說一下常用的分類）

（1） 絕對值型編碼器：在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼盤,，每條道上有透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)樹木是雙倍關系,，碼盤上的碼道數(shù)是它的二進制數(shù)碼的位數(shù),，在嗎盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件,，當嗎盤處于不同位置時,，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數(shù),。

（2）增量式編碼器原理：轉軸每轉過規(guī)定的單位角度后就發(fā)出一脈沖信號（也有發(fā)正弦信號,，然后對其細分，斬波出更高的脈沖）,，通常為A,、B、C三相輸出,，A,、B兩相為相互延遲4周期的脈沖輸出根據延遲關系可以判斷正反轉，通過利用A相,、B相的上升沿,、下降沿可進行2倍、4倍頻處理,，Z相為單圈脈沖,，即每圈發(fā)出一個脈沖。

2,、以編碼器的機械安裝形式分類：

（1）有軸型 有軸型又可分為夾緊法蘭型,，同步法蘭型，伺服安裝型等

（2）軸套型 軸套型又可分為半空型,、全空型,、大口徑型

3、編碼器應用場合：

編碼器主要應用于數(shù)控機床及機械附件,、機器人,、自動裝配機、自動生產線,、 電梯、紡織機械、縫制機械,、包裝機械（定長）,、印刷機械（同步）、木工機械,、塑料機械（定數(shù)）,、橡塑機械、制圖儀,、測角儀,、療養(yǎng)器 雷達等。

四.如何實現(xiàn)伺服控制,？

1.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(xiàn)位移，因為,，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能,，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發(fā)出對應數(shù)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(huán),，如此一來,，系統(tǒng)就會知道發(fā)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(xiàn)精確的定位,，可以達到0.001mm,。

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，但維護方便（換碳刷）,，產生電磁干擾,，對環(huán)境有要求,。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)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(wěn)定,。控制復雜,，容易實現(xiàn)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(huán)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(wěn)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(shù)）,。