什么是伺服系统？组成、原理及分类一览

1.伺服系统

伺服系统的定义如下：实现执行机械对给定量(指令)的准确跟踪，当给定量随机变化时，系统能使被控制量准确无误地跟随并复现给定量，实质就是跟随指令运动的机电系统，也被称为随动系统。

2.伺服系统的组成

伺服系统主要由伺服控制器、驱动电路、伺服电动机及相应反馈检测器件组成。

(1)伺服电机

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的电机，伺服电机内部带有编码器，能实时反馈运动数 据给伺服驱动器。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，可把所收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。

(2)伺服驱动器

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服 系统的一部分，它的主要作用是按照控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理之后传递给伺 服电机。

(3)传感装置

传感装置最常用的是编码器，一般伺服电机内自带编码器，用以反馈采集的实际运动数据给驱动器， 从而实现运动控制闭环。

(4)伺服驱动器对伺服电机的控制

伺服驱动器一般通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。

①位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动 的角度，也有些伺服可以直接对速度和位移进行赋值，位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制。

②速度模式：速度模式通过模拟量的输入或脉冲频率的输入进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环 PID 控 制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或负载的位置信号给反馈上位机做运算用。

③转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，可 以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小。

3.伺服系统原理

当人为的给定控制信号并被伺服控制系统接收时，执行机构就会按照控制信号的指令进行一系列的运动和动作;如果不再出现信号，被控传动装置停止动作直到控制信号的来临。

4.伺服系统分类

(1)根据其作用对象的不同，可分为位置伺服系统和速度伺服系统两大类

1)位置伺服系统

是指能够对目标指令位置进行精确的跟踪和定位的伺服系统。根据有无反馈，位置伺服系统分为开环控制和闭环控制两种。

开环位置伺服系统具有结构简单、成本低的优点，但是不具有位置、速度反馈功能，其位置控制精度依赖于步进电机的步距角和传动机构的精度。

闭环控制分为全闭环控制和半闭环控制。全闭环控制下，检测元件直接检测被控对象在工作台上的位移，并把该位移反馈给控制器，以构成全闭环控制。由于控制器可以根据被控对象的实际位移进行控制，因此全闭环控制具有很高的定位精度，可以消除从电机到机械传动机构再到被控对象，整个过程的误差。然而，闭环控制结构比较复杂，成本较高，难以实现。

2)速度伺服系统

通常被驱动机具的负载力矩是经常变化的,供电电源的电压和频率也是经常变化的,那么,被驱动对象的运行速度通常也是变化的。因此,速度伺服系统主要任务是保持被驱动的机具 (或称负载) 在所需要的精确的速度 (绝不是1种速度) 下稳定运行。

(2)按照其执行电动机的不同又可分为直流伺服系统和交流伺服系统

1)直流伺服系统

直流伺服系统指的就是伺服电机是采用直流电机的伺服系统。

2)交流伺服系统

交流伺服系统主要由交流伺服驱动器(或称控制器)和交流伺服电动机组成，系统以驱动器为核心，驱动控制交流伺服电动机的运转，转矩、速度或位置的闭环控制使系统动态性能和静态性能优异。

以上梳理了伺服系统的定义、类型及原理等，希望对你有所帮助，如果你想了解更多相关内容，敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。

推荐阅读：

【公司研究】星辰科技-新三板主题报告：高端伺服系统领军人航天军工、新能源、自动化多领域受益进口替代-210531(37页).pdf

人形机器人行业报告：伺服电机再探讨-220804(22页).pdf

微光股份-冷链电机龙头ECM和伺服电机成为新亮点-220309(25页).pdf