【雷賽智能 | 頭條】伺服系統組成、概述與控制原理(lǐ)（三環控制）
2020-10-23新聞
一、伺服系統簡述
執行器的(de)功能在于提供被控對(duì)象的(de)動力，其構成主要包括伺服電動機和(hé)功率放大(dà)器，伺服電動機包括反饋裝置如光(guāng)電編碼器、旋轉編碼器或光(guāng)栅等（位置傳感器）。
控制器的(de)功能在于提供整個(gè)伺服系統的(de)閉環控制如轉矩控制、速度控制、位置控制等，伺服驅動器通(tōng)常包括控制器和(hé)功率放大(dà)器。
反饋裝置除了(le)位置傳感器，可(kě)能還(hái)需要電壓、電流和(hé)速度傳感器。
“伺服”——詞源于希臘語“奴隸”的(de)意思。人(rén)們想把“伺服機構”當成一個(gè)得(de)心應手的(de)馴服工具，服從控制信号的(de)要求而動作：在訊号來(lái)到之前，轉子靜止不動；訊号來(lái)到之後，轉子立即轉動；當訊号消失，轉子能即時(shí)自行停轉。由于它的(de)“伺服”性能，因此而得(de)名——伺服系統。
二、常用(yòng)參數
1、伺服電機銘牌參數
法蘭尺寸 電機極對(duì)數 電機額定輸出功率 電源電壓規格：單相/三相 電機慣量：分(fēn)爲大(dà)、中、小慣量，指的(de)是轉子本身的(de)慣量，從響應角度來(lái)講，電機的(de)轉子慣量應小爲好；從負載角度來(lái)看，電機的(de)轉自慣量越大(dà)越好 電機出軸類型：鍵槽、扁平軸、光(guāng)軸、減速機适配… 電機動力線定義：U: RED V：BLACK W: WHITE 額定轉速 編碼器線數：2500/1250/1000/17B/20B
法蘭是軸與軸之間相互連接的(de)零件，用(yòng)于管端之間的(de)連接。
2、伺服驅動器銘牌參數
額定輸出功率 電源電壓規格 編碼器線數
3、伺服系統的(de)性能指标
檢測誤差：包括給定位置傳感器和(hé)反饋位置傳感器的(de)誤差，傳感器本身固有，無法克服； 系統誤差：系統類型決定了(le)系統誤差。
隻要p+q>0，對(duì)階躍輸入信号就有足夠的(de)跟蹤能力；對(duì)于速度輸入信号,I型系統跟蹤能力大(dà)幅削弱，跟随誤差與開環傳遞函數的(de)比例系數成反比，II型仍具有優良跟蹤能力；對(duì)于加速度輸入信号，僅II型系統能勉強跟随。
三、伺服電機相關
1、伺服電機的(de)選型
系統精度：需綜合考慮轉子轉動慣量、電動機類型、轉矩抖動等 電動機功率：負載方式及大(dà)小計算(suàn)輸出力矩 電動轉速 選配刹車：刹車用(yòng)來(lái)在電機停止時(shí)候鎖定位置，不讓電機由于外力作用(yòng)發生運動；并非在運行時(shí)刹車。 過載能力
2、伺服電機的(de)反饋裝置/電機轉一圈所需脈沖數
根據檢測原理(lǐ)，編碼器可(kě)分(fēn)爲光(guāng)學式、磁式、感應式和(hé)電容式。根據其刻度方法及信号輸出形式，可(kě)分(fēn)爲增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。
增量式：每轉過單位的(de)角度就發出一個(gè)脈沖信号
絕對(duì)式：就是對(duì)應一圈，每個(gè)基準的(de)角度發出一個(gè)唯一與該角度對(duì)應二進制的(de)數值，通(tōng)過外部記圈器件可(kě)以進行多(duō)個(gè)位置的(de)記錄和(hé)測量
編碼器和(hé)電流環沒有任何聯系，它的(de)采樣來(lái)自于電機的(de)轉動。
可(kě)以發現線數有兩種，一種類似2500線、1600線等，一種爲17位（17B）、20位（20B）等。前者爲增量式編碼器線數，後者爲絕對(duì)式編碼器線數，17B表示一轉所需的(de)脈沖數爲2^17即131 072個(gè)脈沖。
四、伺服驅動器控制原理(lǐ)
運動伺服一般都是三環控制系統，從内到外依次是電流環、速度環和(hé)位置環。
單環控制難以滿足伺服系統的(de)動态要求，一般不采用(yòng)。
3、位置控制（三環控制）：伺服中最常用(yòng)的(de)控制。位置控制模式一般是通(tōng)過外部輸入的(de)脈沖的(de)頻(pín)率來(lái)确定轉動速度的(de)大(dà)小，通(tōng)過脈沖的(de)個(gè)數來(lái)确定轉動的(de)角度（類似步進電機），也(yě)有些伺服可(kě)以通(tōng)過通(tōng)訊方式直接對(duì)速度和(hé)位移進行賦值（外部模拟量的(de)輸入）。由于位置模式可(kě)以對(duì)速度和(hé)位置都有很嚴格的(de)控制，所以一般應用(yòng)于定位裝置。
位置控制模式下(xià)系統進行了(le)所有 3 個(gè)環的(de)運算(suàn)，此時(shí)的(de)系統運算(suàn)量最大(dà)，動态響應速度也(yě)最慢(màn)。
轉矩控制：是指伺服驅動器僅對(duì)電機的(de)轉矩進行控制
速度控制：是指驅動器僅對(duì)電機的(de)轉速和(hé)轉矩進行控制
位置控制：是指驅動器對(duì)電機的(de)轉速、轉角和(hé)轉矩進行控制
APR——位置調節器；ASR——速度調節器；ACR——電流調節器
5、伺服系統的(de)增益參數
位置比例增益：設置值越大(dà)，增益越高(gāo)，剛度越大(dà)，相同頻(pín)率指令脈沖條件下(xià)，位置滞後量越小。但數值太大(dà)可(kě)能會引起振蕩或超調； 位置前饋增益：位置環的(de)前饋增益大(dà)，控制系統的(de)高(gāo)速響應特性提高(gāo)，但會使系統的(de)位置不穩定，容易産生振蕩； 速度比例增益：設置值越大(dà)，增益越高(gāo)，剛度越大(dà)，相同頻(pín)率指令脈沖條件下(xià)，速度滞後量越小。但數值太大(dà)可(kě)能會引起振蕩或超調； 速度積分(fēn)時(shí)間常數：設置值越小，積分(fēn)速度越快(kuài)。 速度反饋濾波因子：數值越大(dà)，截止頻(pín)率越低，電機産生的(de)噪音(yīn)越小；數值越小，截止頻(pín)率越高(gāo)，速度反饋響應越快(kuài)。 最大(dà)輸出轉矩設置
五、伺服系統的(de)設計
調節器校正：常用(yòng)的(de)調節器有PD調節器、PI調節器和(hé)PID調節器。設計中根據實際伺服系統的(de)特征進行選擇。
六、系統接線及面闆設置
此處僅作概述。
面闆設置
七、伺服電動機與其它電動機的(de)辨析
1、伺服電動機與普通(tōng)電動機的(de)區(qū)别
普通(tōng)電動機（有刷）多(duō)運行于開環控制，伺服電動機運行于閉環控制。 伺服電動機動态性高(gāo) 伺服電動機啓動轉矩大(dà)、調速範圍寬 伺服電動機結構緊湊 伺服電動機定子散熱(rè)方便
2、伺服電動機與舵機的(de)區(qū)别
伺服電機都是三環控制，即電流環、速度環、位置環；舵機隻檢測位置環（一般用(yòng)電位器）。
3、伺服電動機與步進電動機的(de)區(qū)别
步進電機多(duō)運行于開環控制，伺服電動機運行于閉環控制。（使用(yòng)步進電機的(de)場(chǎng)合，要麽不需要位置反饋，要麽在其他(tā)設備上進行位置反饋） 伺服電機控制精度和(hé)定位高(gāo)于步進電機 伺服電機低頻(pín)特性好，過載能力大(dà)，響應時(shí)間短 伺服電機調速範圍大(dà)于步進電動機 步進電機隻能接受脈沖信号，而伺服電動機可(kě)以接受模拟信号、脈沖信号和(hé)總線通(tōng)信信号
伺服電機和(hé)步進電機常被搞混，二者外形相似，區(qū)别點在于伺服電機尾部的(de)反饋裝置；此外步進電機一般都是一個(gè)引出線端，伺服電機由于帶編碼器所以有2個(gè)引線輸出端（編碼線和(hé)動力線）。
