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“伺服”—詞源於希臘語“奴隸”的意思 。人們想把“伺服機構”當個得心應手的馴服工具，服從控製信號的要求而動作。在訊號來到之前，轉子靜止不動;訊號來到之後，轉子立即轉動;當訊號消失，轉子能即時自行停轉。由於它的“伺服”性能，因此而得名—伺服係統。
1.2 定義
（1）伺服係統—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值(或給定值)的任意變化的自動控製係統。
（2）在自動控製係統中，使輸出量能夠以一定的準確度跟隨輸入量的變化而變化的係統稱為隨動係統，亦稱伺服係統。
伺服的主要任務是按控製命令的要求，對功率進行放大、變換與調控等處理，使驅動裝置輸出的力距、速度和位置控製得非常靈活方便。 |
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| 伺服係統是具有反饋的閉環自動控製係統。它由位置檢測部分、誤差放大部分、執行部分及被控對象組成。 |
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| 伺服係統必須具備可控性好，穩定性高和速應性強等基本性能。說明一下，可控性好是指訊號消失以後，能立即自行停轉;穩定性高是指轉速隨轉距的增加而均勻下降;速應性強是指反應快、靈敏、響態品質好。 |
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通常根據伺服驅動機的種類來分類，有電氣式、油壓式或電氣—油壓式三種。
伺服係統若按功能來分，則有計量伺服和功率伺服係統;模擬伺服和功率伺服係統;位置伺服和加速度伺服係統等。
電氣式伺服係統根據電氣信號可分為DC直流伺服係統和AC交流伺服係統二大類。AC交流伺服係統又有異步電機伺服係統和同步電機伺服係統兩種。
這裏衹討論電氣式伺服係統中的一種—交流永磁同步電機伺服係統。 |
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2.1 AC伺服係統
電氣伺服技術應用最廣，主要原因是控製方便，靈活，容易獲得驅動能源，沒有公害污染，維護也比較容易。特別是隨着電子技術和計算機軟件技術的發展，它為電氣伺服技術的發展提供了廣阔的前景。
早在70年代，小慣量的伺服直流電動機已經實用化了。到了70年代末期交流伺服係統開始發展，逐步實用化，AC伺服電動機的應用越來越廣,並且還有取代DC伺服係統的趨勢成為電氣伺服係統的主流。 永磁轉子的同步伺服電動機由於永磁材料不斷提高，價格不斷下降，控製又比異步電機簡單，容易實現高性能的緣故，所以永磁同步電機的AC伺服係統應用更為廣泛。
目前，在交流同步伺服驅動係統中，普通應用的交流永磁同步伺服電動機有兩大類。
一類稱為無刷直流電動機，它要求將方波電流直入定子繞組（BLDCM）
另一類稱為三相永磁同步電動機，它要求輸入定子繞組的電源仍然是三相正弦波形。（PM•SM）
無刷直流電動機(BLDCM)，用裝有永磁體的轉子取代有刷直流電動機的定子磁極，將原直流電動機的電樞變為定子。有刷直流電動機是依靠機械換嚮器將直流電流轉換為近似梯形波的交流電流供給電樞繞組，而無刷直流電動機(BLDCM)是將方波電流(實際上也是梯形波)直接輸入定子。將有刷直流電動機的定子和轉子顛倒一下，並采用永磁轉子，就可以省去機械換嚮器和電刷，由此得名無刷直流電動機。 BLDCM定子每相感應電動勢為梯形波，為了産生恆定的電磁轉矩，要求功率逆變器嚮BLDCM定子輸入三相對稱方波電流，而SPWM、PM、SM定子每相感應電動勢為近似正弦波，需要嚮SPWM、PM、SM定子輸入三相對稱正弦波電流。
永磁同步電機的磁場來自電動機的轉子上的永久磁鐵，永久磁鐵的特性在很大程度上决定了電機的特性，目前采用的永磁材料主要有鐵淦氧，鋁鎳鈷，釹鐵硼以及SmCO5 Sm2CO17.
在轉子上安裝永磁鐵的方式有兩種。一種是將成形永久磁鐵裝在轉子表面，即所謂外裝式；另一種是將形成永久磁鐵埋入轉子裏面，即所謂內裝式。永久磁鐵的形狀可分為扇形和矩形兩種。
根據確定的轉子結構所對應的每相勵磁磁動勢的分佈不同，三相永磁同步電動機可分為兩種類型：正弦波型和方波型永磁同步電機，前者每相勵磁磁動勢分佈是正弦波狀，後者每相勵磁磁動勢分佈呈方波狀，根據子路結構和永磁體形狀的不同而不同。對於徑嚮勵磁結構，永磁體直接面嚮均勻氣隙，如果采用係統永磁材料，由於稀土永磁的取嚮性好，可以方便的獲得具有較好方波形狀的氣隙磁場。對於采用非均勻氣隙或非均勻磁化方向長度的永磁體的徑嚮勵磁結構，氣隙磁場波形可以實現正弦分佈。
綜上所述兩類永磁AC同步伺服電動機的差異歸納如下:：
控製原理相似，給定指令信號加到AC伺服係統的輸入端，電動機軸上位置反饋信號與給定位置相比較，根據比較結果控製伺服的運動，直至達到所要求的位置為止。PM、SM和BLDCM二類伺服係統構成的基本思路是一致的。
兩種永磁無刷電動機比較而言，方波無刷直流電動機具有控製簡單、成本低、檢測裝置簡單、係統實現起來相對容易等優點。但是方波無刷直流電動機原理上存在固有缺陷，因電樞中電流和電樞磁勢移動的不連續性而存在電磁脈動，而這種脈動在高速運轉時産生噪聲，在中低速又是平穩的力矩驅動的主要障礙。轉矩脈動又使得電機速度控製特性惡化，從而限製了由其構成的方波無刷直流電動機伺服係統在高精度、高性能要求的伺服驅動場合下的應用（尤其是在低速直接驅動場合）。因此，對於一般性能的電伺服驅動控製係統，選用方波無刷直流電動機及相應的控製方式。而PM、SM伺服係統要求定子輸入三相正弦波電流，可以獲得更好的平穩性，具有更優越的低速伺服性能。因而廣泛用於數控機床，工業機器人等高性能高精度的伺服驅動係統中。
3. 伺服係統的發展過程
伺服係統的發展經歷了由液壓到電氣的過程, 電氣伺服係統根據所驅動電機類型分為直流(DC)伺服係統和交流(AC)伺服係統。交流伺服係統按其采用的驅動電機類型又可分為永磁同步(SM型)電動機交流伺服係統和感應式異步(IM型)電動機交流伺服係統。
由於直流伺服電動機存在機械結構復雜, 維修工作量大包括電刷、換嚮器等則成為直流伺服驅動技術發展的瓶頸。隨着微處理技術、大功率電力電子技術的成熟和電機永磁材料的發展和成本降低, 交流伺服係統得到長足發展並將逐步取代直流伺服係統。
1990年以前，由於技術成本等原因，國內伺服電機以直流永磁有刷電機和步進電機為主，而且主要集中在機床和國防軍工行業。1990年以後，進口永磁交流伺服電機係統逐步進入中國，此期間得益於稀土永磁材料的發展、電力電子及微電子技術日新月異的進步，交流伺服電機的驅動技術也很快從模擬式過渡到全數字式。由於交流伺服電機的驅動裝置采用了先進全數字式驅動控製技術，硬件結構簡單，參數調整方便，産品生産的一致性可靠性增加，同時可集成復雜的電機控製算法和智能化控製功能，如增益自動調整、網絡通訊功能等，大大拓展了交流伺服電機的適用領域；另外隨着各行業，如機床、印刷設備、包裝設備、紡織設備、激光加工設備、機器人、自動化生産綫等，對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求不斷提高，這些領域對交流伺服電機的需求將迅猛增長，交流伺服將逐步替代原有直流有刷伺服電機和步進電機。
正弦波交流伺服係統綜合了伺服電動機、角速度和角位移傳感器的最新成就，與采用新型電力電子器件、專用集成電路和專用控製算法的交流伺服驅動器相匹配，組成新型高性能機電一體化産品。使原有的直流伺服係統面臨淘汰的危機，成為當今世界伺服驅動的主流及發展方向。正弦波交流伺服廣泛使用於航空、航天、兵器、船舶、電子及核工業等領域，如自行火炮、衛星姿態控製、雷達驅動、機載吊艙定位係統、戰車火控及火力係統、水下滅雷機器人等。
4.伺服電機的應用
鬆下交流伺服電機(AC Servo) A4係列
1. 快速使用
電機運轉必須的三根電纜：動力電纜；電機動力綫，電機編碼器綫。
控製綫接口X5：
伺服使能必須接的引腳：DC24V電源(7,41) 伺服使能SRV-ON(29)
控製信號：位置控製-----（脈衝方向輸入3，4，5，6）
速度控製-----（模擬量輸入14，15 0到±10V）
扭矩控製------（模擬量輸入 14,15）
其他輔助控製功能：
10點輸入：①伺服使能②模式選擇③增益切換④報警清除。。。
6點輸出： ①報警(ALM)②準備(S-RDY)③製動器釋放(BRK-OFF)④零速檢測(ZSP)⑤轉矩控製TLC。。。⑥定位完成或者速度到達
它比步進係統就多了一個編碼器反饋，構成了一個閉環係統，當然這個閉環僅僅是相對而言。伺服係統現在逐漸取代了步進係統，所以大傢會逐漸熟悉。 |
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- n.: servo
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