伺服驅(qū)動器簡介

　　伺服驅(qū)動器（servo drives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。

　　伺服驅(qū)動器是現(xiàn)代運動控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人及數(shù)控加工中心等自動化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機的伺服驅(qū)動器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動器設(shè)計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計合理與否，對于整個伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。

　　在伺服驅(qū)動器速度閉環(huán)中，電機轉(zhuǎn)子實時速度測量精度對于改善速度環(huán)的轉(zhuǎn)速控制動靜態(tài)特性至關(guān)重要。為尋求測量精度與系統(tǒng)成本的平衡，一般采用增量式光電編碼器作為測速傳感器，與其對應(yīng)的常用測速方法為M/T測速法。M/T測速法雖然具有一定的測量精度和較寬的測量范圍，但這種方法有其固有的缺陷，主要包括：

　　1）測速周期內(nèi)必須檢測到至少一個完整的碼盤脈沖，限制了最低可測轉(zhuǎn)速；

　　2）用于測速的2個控制系統(tǒng)定時器開關(guān)難以嚴格保持同步，在速度變化較大的測量場合中無法保證測速精度。因此應(yīng)用該測速法的傳統(tǒng)速度環(huán)設(shè)計方案難以提高伺服驅(qū)動器速度跟隨與控制性能。

　　伺服驅(qū)動器原理

　　伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化；功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計的驅(qū)動電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主回路中還加入了軟啟動電路，以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。

　　伺服驅(qū)動器工作原理圖

　　首先功率驅(qū)動單元通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動交流伺服電機。功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程，整流單元（AC-DC）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。伺服驅(qū)動器一般都有三種控制方式：位置控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式、速度控制方式。位置控制位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值，由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。

　　轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的手里有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

　　速度模式通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。

　　伺服驅(qū)動器應(yīng)用

　　伺服驅(qū)動器廣泛應(yīng)用于注塑機領(lǐng)域、紡織機械、包裝機械、數(shù)控機床領(lǐng)域等。

　　伺服驅(qū)動器選型

　　1、選擇一款合適的伺服驅(qū)動器需要考慮到各個方面，這主要根據(jù)系統(tǒng)的要求來選擇，在選型之前，首先分析以下系統(tǒng)需求，比如尺寸、供電、功率、控制方式等，為選型定下方向。

　　2、驅(qū)動器支持的電機類型，一般為直流有刷、正弦波、梯形波等，還有就是驅(qū)動器的持續(xù)輸出電流要大于電機的額定電流，根據(jù)電機反電動勢、最大轉(zhuǎn)速考慮驅(qū)動器是否可以勝任。

　　3、反饋元件，反饋傳感器也是種類繁多，根據(jù)是否要做閉環(huán)，選擇反饋傳感器，編碼器、測速電機、旋變等。如果系統(tǒng)中帶有反饋元件，這時候在選擇驅(qū)動器時就要考慮驅(qū)動器是否支持這種反饋，反饋種類，或者是反饋的信號輸出形式。

　　4、伺服驅(qū)動器有三種控制方式：力矩、速度、位置模式。工作在這幾種模式下命令形式也不一樣，力矩和速度模式可通過模擬量命令控制，位置模式可使用脈沖+方向控制。當(dāng)然還有總線形式，比如Ethercat等。

　　5、精度要求，系統(tǒng)的精度有多個影響因素，伺服驅(qū)動器也是其中重要的一環(huán)，一般伺服驅(qū)動器分為數(shù)字伺服驅(qū)動器和線性伺服放大器，線性放大器適用于低噪聲、高帶寬以及電流過零時無失真的場合。

　　6、供電和使用環(huán)境，供電方面主要是直流和交流供電，有時候還要考慮驅(qū)動器對供電電源的要求。使用環(huán)境，主要是考慮溫度方面的影響，還有就是工況，是否需要防護罩等。