伺服系统控制器从单轴到多轴伺服系统概述
伺服系统是一种能够控制特定输出的闭环系统。它利用传感器反馈
来控制输出并保持其稳定性，并通过调整信号使其符合所需输出值。
伺服系统广泛应用于各种行业中，以实现高精度，高速度和高可靠性。伺服系统通常由驱动器和控制器两部分组成，其中控制器用于控制驱
动器产生特定的运动控制。
单轴伺服系统
单轴伺服系统是最基本的伺服系统形式，其通常用于控制机械运动，例如包装机械和印刷机械。伺服驱动器与电动机相连，接收控制信号
并输出电压和电流。控制器接收传感器反馈信号并根据其输出控制信号，以控制电动机并实现所需的运动。
单轴伺服系统的优点是易于掌握和使用，实现成本较低，对于一些
简单的机械运动控制具有很强的适用性。然而，单轴伺服系统也存在
很大的局限性，特别是在需要控制多轴系统时，使用单轴伺服系统会
面临很多挑战。
多轴伺服系统
多轴伺服系统是在单轴伺服系统的基础上发展而来的一种伺服系统
形式。它由多个单轴伺服系统组成，能够同时控制多个电机并实现高
度复杂的机械运动控制。多轴伺服系统需要使用更复杂的控制器和计
算机算法，并依赖于控制器的同步性和大量数据的传输。
多轴伺服系统的优点是可以控制多个电机和多种运动轨迹，可实现更复杂的机械运动控制，适用于需要高精度和高速度的运动。然而，多轴伺服系统也存在一些挑战，例如控制器同步性和大量的数据传输可能会导致控制延迟或者数据错乱等问题。此外，多轴伺服系统的成本也相对较高。
中央控制器
中央控制器是多轴伺服系统中的重要组成部分，它负责控制所有电机和协调它们之间的运动。通常，中央控制器具有更大的处理能力，并能够控制更多的电机和外设。中央控制器需要具备很高的同步性和数据处理能力，以确保多轴伺服系统的稳定性和可靠性。
总结
随着工业自动化的发展，伺服系统的应用越来越广泛，从单轴伺服系统到多轴伺服系统，其可以控制的运动方式也逐渐同步增加。多轴伺服控制器由于其更为灵活、高效的控制方式，更加适用于需要高精度和高速度运动的场合。虽然多轴伺服系统存在较高的技术门槛和成本，但其优越的性能和广泛的应用前景已经得到了越来越多的认可。
本文主要介绍的是直流伺服系统的优缺点及控制原理，具体的跟随小编一起来了解一下。 伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控 制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值） 的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与 调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下，伺服 系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作 用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角），其结构组成和其他形 式的反馈控制系统没有原则上的区别。伺服系统最初用于国防军工如火炮的控制船舰、飞 机的自动驾驶导弹发射等后来逐渐推广到国民经济的许多部门如自动机床、无线跟踪控制等。 直流伺服系统的优缺点 1、优点 精确的速度控制 转矩速度特性很硬 原理简单、使用方便 价格优势 2、缺点 电刷换向 速度限制 附加阻力 产生磨损微粒（对于无尘室） 直流伺服系统原理框图
直流伺服系统的控制原理 直流伺服和交流伺服相似，可以采用控制器开环控制方式，控制器半闭环控制和全闭环控制系统。 直流伺服系统控制面板结构如下，面板右侧为与直流伺服电机接口板的接口，包括电机驱动接口和编码器接口；左侧为与运动控制器面板的接口，包括位置控制模式接口和速度控制模式接口。 M+，M-信号为直流无刷伺服电机的电源线，用于驱动电机的运动。 A+，A-，B+，B-，C+，C-，5+，0V信号为编码器信号，用于反馈电机轴的实际位置。 A，/A，B，/B，C，/C，+5V，PUL+，DIR+，OGND，OVCC，GND，DAC，RESET，ALM，ENABLE为与控制器相连的控制信号。 其含义为： A，/A，B，/B，C，/C为驱动器反馈给运动器控制器的编码器信号。 +5V为电源。
伺服控制技术?一伺服控制技术的应用与发展?二光电跟踪系统中的伺服技术?三火炮电液控制伺服技术
一伺服控制技术的应用与发展 关于伺服控制的概念:伺服控制系统(伺服单元)是具有位置、速度、或加速度闭环控制的机械系统，如图1所示。 图I中包括:被控对象，伺服电机，功率驱动器，反馈控制器、运动控制器。除了被控对象以外的部分，称为伺服单元。 伺服单元经历了三个发展的里程碑： 传统伺服单元，如图2 (A )，由驱动器、伺服控制器和伺服电机组成; (2)现代伺服单元，如图2 (B )，将驱动器和伺服控制器集成为整体; (3)面向未来的伺服单元，如图2(B)，进一步将驱动器、伺服控制器和伺服电机集成为伺服一体机。 伺服一体机的主要特点是:高密度、体积小、适于网络控制和具有更高的可靠性。它内含:控制器内核和功率驱动器内核，通过DCBUS和网络接口与外部建立联系，既能自主运行又能受控于网络，能以分布式形态构成任意复杂的大型精密控制系统。 伺服电机和位置传感器 传统伺服电机采用均匀齿槽和分布式绕组，电机的气隙磁场为正弦波。现代伺服电机采用非均匀齿槽和集中式绕组，电机的气隙磁场为注入三次谐波的正弦波。集中式绕组伺服电机的绕组端部比传统伺服电机小很多，因此电机的铜损耗也小许多。图3是使用磁编码器(位置传感器)的高密度伺服电机。伺服电机还有其他形式，例如:无铁心伺服电动机、无齿槽伺服电动机、伺服力矩电机、线性(直线)伺服电动机等等。 伺服电机的位置传感器有:光电编码器(分辨率2500线到21位不等)，旋转变压器(分辨率12位左右)，磁编码器(分辨率12位左右)，光栅传感器(1一0.5 u m ),感应同步器(0.2一20角秒或1m)等。位置传感器还可分为:增量式和绝对式。 数控系统 构成工业机器人、数控机床等设备，还需要数控系统。数控系统分两大类:嵌入式数控系统和基于PC的数控系统(PCBased)。数控机床使用嵌入式数控系统居多。目前，嵌入式数控系统的软件开放性已有所改善;PC数控系统的主要特点是，软件开放性好，用户有更大的使用灵活性。
伺服系统控制器从单轴到多轴伺服系统概述 伺服系统是一种能够控制特定输出的闭环系统。它利用传感器反馈 来控制输出并保持其稳定性，并通过调整信号使其符合所需输出值。 伺服系统广泛应用于各种行业中，以实现高精度，高速度和高可靠性。伺服系统通常由驱动器和控制器两部分组成，其中控制器用于控制驱 动器产生特定的运动控制。 单轴伺服系统 单轴伺服系统是最基本的伺服系统形式，其通常用于控制机械运动，例如包装机械和印刷机械。伺服驱动器与电动机相连，接收控制信号 并输出电压和电流。控制器接收传感器反馈信号并根据其输出控制信号，以控制电动机并实现所需的运动。 单轴伺服系统的优点是易于掌握和使用，实现成本较低，对于一些 简单的机械运动控制具有很强的适用性。然而，单轴伺服系统也存在 很大的局限性，特别是在需要控制多轴系统时，使用单轴伺服系统会 面临很多挑战。 多轴伺服系统 多轴伺服系统是在单轴伺服系统的基础上发展而来的一种伺服系统 形式。它由多个单轴伺服系统组成，能够同时控制多个电机并实现高 度复杂的机械运动控制。多轴伺服系统需要使用更复杂的控制器和计 算机算法，并依赖于控制器的同步性和大量数据的传输。
多轴伺服系统的优点是可以控制多个电机和多种运动轨迹，可实现更复杂的机械运动控制，适用于需要高精度和高速度的运动。然而，多轴伺服系统也存在一些挑战，例如控制器同步性和大量的数据传输可能会导致控制延迟或者数据错乱等问题。此外，多轴伺服系统的成本也相对较高。 中央控制器 中央控制器是多轴伺服系统中的重要组成部分，它负责控制所有电机和协调它们之间的运动。通常，中央控制器具有更大的处理能力，并能够控制更多的电机和外设。中央控制器需要具备很高的同步性和数据处理能力，以确保多轴伺服系统的稳定性和可靠性。 总结 随着工业自动化的发展，伺服系统的应用越来越广泛，从单轴伺服系统到多轴伺服系统，其可以控制的运动方式也逐渐同步增加。多轴伺服控制器由于其更为灵活、高效的控制方式，更加适用于需要高精度和高速度运动的场合。虽然多轴伺服系统存在较高的技术门槛和成本，但其优越的性能和广泛的应用前景已经得到了越来越多的认可。
第十章伺服控制系统 本章概述 伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。在数控机床中，伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统。伺服系统接受来自CNC装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，有的带动刀架，通过及个坐标轴的综合联动，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出所要求的复杂形状工件。 进给伺服系统是数控装置和机床机械传部件间的联系环节，是数控机床的重要组成部分。它包括机械、电子、电机（早期产品还包括液压）等各种部件，并涉及到强电与弱电控制，是一个比较复杂的控制系统。要使它成为一个既能使各部件互相配合协调工作，又能满足相当高的技术性能指标的控制系统，的确是一个相当复杂的任务。再现有技术条件下，CNC 装置的性能已相当优异，并正在迅速向更高水平发展，而数控机床的最高运动速度、跟踪及定位精度、加工表面质量、生产率及工作可靠性等技术指标，往往又主要决定于伺服系统的动态和静态性能。数控机床的故障也主要出现在伺服系统上。可见提高伺服系统的技术性能和可靠性，对于数控机床具有重大意义，研究与开发高性能的伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。 本章要点 了解位置控制系统的概况、基本要求、特点和系统组成。 掌握步进电动机环形分配器的基本原理及其硬、软件的实现方法； 掌握步进电动机不同类型的驱动电路及其优缺点。 目录： 10.1 概述 10.1.1 伺服系统的组成及工作原理 10.1.2 伺服系统的分类 10.2 步进电动机位置控制系统 10.2.1 步进电动机的脉冲分配电路 10.2.2 步进电动机的功率驱动电路 10.3 伺服系统中的位置检测元件 10.3.1 位置检测元件的要求和种类 10.3.2 光电脉冲编码器 10.3.3 旋转变压器 10.4 直流伺服系统 10.4.1 直流伺服系统类型 10.4.2 脉冲比较型直流伺服系统 10.5 交流伺服系统简介 10.1 概述 伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。在数控机床中，伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统。伺服系统接受来自CNC装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，有的带动刀架，通过及个坐标轴的综合联动，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出所要求的复杂形状工件。 进给伺服系统是数控装置和机床机械传部件间的联系环节，是数控机床的重要组成部分。它包括机械、电子、电机（早
伺服系统 伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角），其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。 主要作用： 1、以小功率指令信号去控制大功率负载； 2、在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动； 3、使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。 系统控制方式： 按控制方式划分，有开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统等，实际上数控系统也分成开环、闭环和半闭环3种类型，就是与伺服系统这3种方式相关。 1、开环系统 开环系统主要由驱动电路，执行元件和机床3大部分组成。常用的执行元件是步进电机，通常称以步进电机作为执行元件的开环系统为步进式伺服系统，在这种系统中，如果是大功率驱动时，用步进电机作为执行元件。驱动电路的主要任务是将指令脉冲转化为驱动执行元件所需的信号。 2、闭环系统 闭环系统主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。其构成框图如图2所示。在闭环系统中，检测元件将机床移动部件的实际位置检测出来并转换成电信号反馈给比较环节。常见的检测元件有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅和编码盘等。通常把安装在丝杠上的检测元件组成的伺服系统称为半闭环系统；把安装在工作台上的检测元件组成的伺服系统称为闭环系统。由于丝杠和工作台之间传动误差的存在，半闭环伺服系统的精度要比闭环伺服系统的精度低一些。 比较环节的作用是将指令信号和反馈信号进行比较，两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动电路，控制执行元件带动工作台继续移动，直到跟随误差为零。根据进入比较环节信号的形式以及反馈检测方式，闭环（半闭环）系统可分为脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统和幅值比较伺服系统3种。 由于比较环节输出的信号比较微弱，不足以驱动执行元件，故需对其进行放大，驱动电路正是为此而设置的。 执行元件的作用是根据控制信号，即来自比较环节的跟随误差信号，将表示位移量的电信号转化为机械位移。常用的执行元件有直流宽调速电动机、交流电动机等。执行元件是伺服系统中必不可少的一部分，驱动电路是随执行元件的不同而不同的。 性能要求： 对伺服系统的基本要求有稳定性、精度和快速响应性。
多轴联动控制提高加工精度多轴联动控制提高加工精度 随着机械制造技术的不断发展，加工精度的要求也越来越高。为了满足工业领域对高精度加工的需求，多轴联动控制技术被广泛应用于机械加工领域。多轴联动控制系统基于传感器反馈的数据，精确控制各轴运动，提供高精度的运动控制，可以极大地提高机械加工的精度和稳定性。 一、多轴联动控制系统的工作原理 多轴联动控制系统由数控系统、伺服控制器、电机驱动器、传感器等多个组成部分组成。其中，数控系统作为多轴联动控制系统的核心，通过对系统的控制和管理，实现多轴联动控制器实时运行和协调工作。 传感器用于监测运动轴的位移、速度、加速度等参数，并将监测到的数据反馈给伺服控制器。伺服控制器基于反馈信号和控制指令，精确控制各个轴的运动，实现高精度的运动控制。
电机驱动器则用于将控制信号转化为电机实际动作，对电机进行控制，精确控制各个轴的运动速度和加速度。 二、多轴联动控制系统在加工领域中的应用 多轴联动控制系统在实际的机械加工领域中应用广泛，例如在复杂的特殊工件加工、农机制造和汽车制造等领域，多轴联动控制系统发挥了重要作用。 1. 实现高精度的卡盘夹紧 在特殊工件加工过程中，需要将工件夹紧在机床上进行加工。多轴联动控制系统可以监测并调整夹具的位置和姿态，从而保证工件间隙的一致性，提高工件加工的精度和质量。 2. 实现高速高精度加工 多轴联动控制系统可以实现精确的加工轨迹控制，通过控制各个轴的运动，实现特定的工件加工轨迹。在高速加工过程中，多
轴联动控制系统可以实时监控加工状态，确保加工精度和加工效率。 3. 保证热变形最小化 在汽车制造和农机制造过程中，机械加工温度可能会使材料产生热变形，从而影响加工精度和质量。多轴联动控制系统可以实时检测加工温度和材料状态，并控制各个轴的运动，保证热变形最小化。 三、结语 随着工业技术的不断发展，多轴联动控制技术在机械加工领域的应用将越来越广泛。通过多轴联动控制系统的高精度加工，可以大大提高机械加工的质量和效率，为机械制造行业的快速发展提供更大的空间。
多轴伺服运动控制的应用 作者：陈速记 来源：《中国科技纵横》2018年第15期 摘要：随着电子、电力电子技术的飞速发展，伺服电机、伺服控制器的成本越来越低，应用的领域也越来越广泛。在高精度控制要求的场合，都会考虑到应用伺服控制。 关键词：多轴伺服；PLC控制；伺服控制 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0091-02 1 送纱轴数的确定 现有的编织机只有一个异步电机喂纱，它的喂纱动作与喂纱量是通过一个行程开关控制，上下经纱的喂纱罗拉是通过链条、链轮按一定的传动比连接在一起的，两条喂纱罗拉是一起转动的。当纱线张力变大时，经纱拉着导向滚筒向前移动，当导向滚筒碰到限位行程开关后，行程开关动作再控制喂纱电机的接触器吸合，喂纱电机转动喂纱，当经纱张力变小时，导向滚筒会在拉簧的作用下复回原位，限位行程开关复位，接触器断开，这样就完成了一次喂纱动作。这种机械式的喂纱方式，无论是喂纱时机还是喂纱量都是单一的，喂纱精度也无法控制，所以毯面花型也比较单一，花型的变化只能靠变换起棕方式来实现。要改变这一状况，就必须更改喂纱方式，并且使喂纱罗拉能够单独受控。 同一组经纱只有通过不同的喂纱罗拉喂纱才可以产生不同的喂纱量，才能在同一经向上产生高起珠、低起珠或者平纹，通过不同的喂纱规律就可以产生立体的花型效果。出于知识水平的限制，更多的是花型设计层面的限制，我决定第一台多轴喂纱编织机采用3轴喂纱；一轴的经纱负责织平纹，另两轴的经纱负责高起珠和低起珠，目的是先验证多轴喂纱的编织机是否能够织出立体花型效果的地毯，这样也可以花较少的资金在短时间内制造出一台机器，并生产一批新产品投放市场，以检验市场反应。 这台多轴喂纱编织机织出来的地毯，它的珠高要求精确到毫米级，并且机器要在连续运行的情况下不停的改变喂纱量，需要喂纱罗拉有着极高的响应速度，以保证织出的毯面效果是符合设计要求的，使毯面表现出有规律的高低不平、美观的立体感。 2 机械构造设想 机械的起棕、引纬、打纬部分没有重新设计，而是直接引用过来，依然采用偏心轮起棕、有梭引纬、机械打纬的模式，对于剑麻行业来说，这种有梭引纬与重型机械打纬机构有着无梭
多轴运动控制器 1、运动控制器概述 随着现代控制技术的提高，运动控制器的出现在某种意义上满足了新型数控系统的标准化、开放性的要求，为各种工业设备、国防设备以及智能医疗装置的自动化控制系统的研制和改造提供一个统 一的硬件平台。整体而言，运动控制器是一种控制装置，其核心为中央逻辑控制单元,敏感元件一般为传感器，控制对象为电机或动力装置和执行单元。目前，大多数的运动控制器是一种基于PC机或工业PC机的上位控制单元，多用于控制步进电机或伺服电机，在控制过程中，控制器可以完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等）。一般地，控制器都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发，从而构造所需的控制系统。 图1给出典型的PC+运动控制器组成的开放式控制系统的简图：一般地，运动控制器发送运动控制指令到伺服驱动器，由伺服驱动器驱动伺服电机运行，再通过伺服电机上的编码器反馈信号返回至运动控制器，至此，整个运动控制系统实现运动控制器的闭环控制。 图1 典型的Pc+运动控制器组成的开放式控制系统的
2、运动控制器国内外研究现状 在20世纪90年代,国际发达国家就已经相继推出运动控制器产品，包括美国Deltatau公司的PMAC多轴运动控制器，英国TRIO公司的PCI208多轴运动控制器以及德国MOVTEC公司开发的DEC4T运动控制器等。近年来，运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品，已经被越来越多的工业领域所接受。目前，由这些发达国家研制的运动控制器已开始在机器人控制、半导体加工、飞行模拟器等新兴行业得到了很大的应用，其在传统的机床控制领域所占的市场份额也在不断的扩大。 我国在运动控制器产品开发方面相对滞后，1999年固高科技有限公司开始开发、生产开放式运动控制器，随后，国内又有其它几家公司进入该领域，但实际上，其大多是在国内推广国外生产的运动控制器产品，真正进行自主开发的公司较少。深圳固高、深圳摩信是国内较早（20世纪90年代晚期）从事独立开放式运动控制器的厂家，推出了一些通用的运动控制器。如固高的GT系列运动控制器、摩信的MCT8000系列运动控制器；长沙力鼎科技有限公司的MC系列3轴模拟电压控制/编码器反馈型运动控制器，4轴有/无反馈脉冲输出型运动控制器；南京顺康数码科技有限公司的MC6014A使用了带插补功能、可以控制4个电机的DSP运动控制芯片，适用于PC机ISA 总线的线路板；成都步进机电有限公司的MPC01和MPC02系列3轴步进或数字式伺服控制运动控制器。 目前，我国作为世界上经济发展最快的国家之一，市场上新设备
第一部分：伺服系统的工作原理伺服系统(servo system)亦称随动系统，属于自动控制系统中的一种，它用来控制被控对象的转角(或位移)，使其能自动地、连续地、精确地复规输入指令的变化规律。它通常是具有负反馈的闭环控制系统，有的场合也可以用开环控制来实现其功能。在实际应用中一般以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时简称为伺服，一般其内部包括转矩（电流）、速度和/或位置闭环。其工作原理简单的说就是在开环控制的交直流电机的基础上将速度和位置信号通过旋转编码器、旋转变压器等反馈给驱动器做闭环负反馈的PID调节控制。再加上驱动器内部的电流闭环，通过这3个闭环调节，使电机的输出对设定值追随的准确性和时间响应特性都提高很多。伺服系统是个动态的随动系统，达到的稳态平衡也是动态的平衡。全数字伺服系统一般采用位置控制、速度控制和力矩控制的三环结构。系统硬件大致由以下几部分组成：电源单元；功率逆变和保护单元；检测器单元；数字控制器单元；接口单元。相对应伺服系统由外到内的"位置"、"速度"、"转矩" 三个闭环，伺服系统一般分为三种控制方式。
在使用位置控制方式时，伺服完成所有的三个闭环的控制。在使用速度控制方式时，伺服完成速度和扭矩（电流）两个闭环的控制。一般来讲，我们的需要位置控制的系统，既可以使用伺服的位置控制方式，也可以使用速度控制方式，只是上位机的处理不同。另外，有人认为位置控制方式容易受到干扰。而扭矩控制方式是伺服系统只进行扭矩的闭环控制，即电流控制，只需要发送给伺服单元一个目标扭矩值，多用在单一的扭矩控制场合，比如在小角度裁断机中，一个电机用速度或位置控制方式，用来向前传送材料，另一个电机用作扭矩控制方式，用来形成恒定的张力。『伺服机构系统』源自servomechanism system，系指经由闭回路控制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统。一个伺服系统的构成通常包含受控体(plant)、致动器(actuator)、控制器(controller)等几个部分，受控体系指被控制的物件，例如一格机械手臂，或是一个机械工作平台。致动器的功能在於主要提供受控体的动力，可能以气压、油压、或是电力驱动的方式呈现，若是采用油压驱动方式，一般称之为油压伺服系统。目前绝大多数的伺服系统采用电力驱动方式，致动器包含了马达与功率放大器，特别设计应用於伺服系统的马达称之为伺服马达(servo motor)，通常内含位置回授装置，如光电编码器(optical encoder)或是解角器(resolver)，目前主要应用於工业界的
第一章伺服系统概述 伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地尾随输入量的变化，因此又称之为随动系统或者自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。 近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及机电创造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步机电、感应电机为伺服机电的新一代交流伺服系统。 目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路创造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性创造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。 1.1 伺服系统的基本概念 1.1.1 伺服系统的定义 “伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行住手。 伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵便方便的控制。 1.1.2 伺服系统的组成 伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部份、误差放大部份、部份及被控对象组成。
1.1.3 伺服系统性能的基本要求 1)精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。 2)稳定性好。稳定是指系统在给定输入或者外界干扰的作用下，能在短暂 的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 3)快速响应。响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的 跟踪精度。 4)调速范围宽。调速范围是指生产机械要求机电能提供的最高转速和最低 转速之比。 5)低速大转矩。在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电 机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。 6)能够频繁的启动、制动以及正反转切换。 1.1.4 伺服系统的种类 伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式温和动式三种；按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统，摹拟伺服和功率伺服系统，位置伺服、速度伺服和加速度伺服系统等。 电器伺服系统根据电气信号可分为直流伺服系统和交流伺服系统两大类。交流伺服系统又有感应机电伺服系统和永磁同步机电伺服系统两种。 1.2 伺服系统的发展过程 伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程，电器伺服系统的发展则与伺服机电的不同发展阶段具有密切的联系，伺服机电至今已有 50 多年的发展历史，经历了三个主要发展阶段。 第一发展阶段(20 世纪 60 年代以前)：此阶段是以步进电动机驱动的液压伺服马达或者以功率步进电动机直接驱动为中心的时代，伺服系统的位置控制多为
伺服控制系统的三种控制方式 导语：伺服电机（servomotor）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。 伺服电机（servomotor）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。 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，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 伺服控制系统一般分为三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。
（1）如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 （2）如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。 换一种说法是： 1、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，具体表现为例如10V
台达伺服参数设定 一、伺服控制器的功能特点 台达伺服控制器具有以下主要功能特点： 1.高速控制：台达伺服控制器采用先进的控制算法和高性能的硬件设计，能够实现高精度和高速度的运动控制。 2.多轴控制：台达伺服控制器支持多轴控制，可以同时控制多个伺服电机，适用于复杂的多轴运动控制系统。 3.丰富的输入输出接口：台达伺服控制器提供了多种数字输入输出接口，可以方便地与其他设备进行连接和通信，实现复杂的控制和调试。 4.多种运动模式：台达伺服控制器支持多种运动模式，如位置模式、速度模式和力模式等，可以根据具体应用需求选择合适的运动模式。二、参数设定的基本原则 在设定台达伺服参数时，需要遵循以下基本原则： 1.确定应用需求：首先需要明确具体的应用需求，包括运动方式、速度要求、负载特性等，以便对参数进行合理的设定。 2.尽量使用默认值：对于大多数应用来说，可以直接使用台达伺服控制器的默认参数值，不需要进行过多的调整。 3.依次进行调整：如果发现默认参数不能满足需求，可以逐个调整各项参数，一次调整一个参数，并进行测试和评估，以避免调整过多参数导致控制系统失稳。
4.注意相互影响：在设定参数时要注意各个参数之间的相互影响，尽量保持参数之间的协调一致，不要出现冲突和失衡。 三、具体的参数设置 参数设置可以按照以下几个方面进行： 1.零位校准：首先需要进行零位校准，即将伺服电机的初始位置设定为零点。可以通过执行零位校准指令或者按下相应按钮进行操作。 2.运动参数设置：运动参数设置包括速度、加速度、减速度等参数的设定。根据具体的应用需求，可以逐个调整这些参数，以达到最佳的运动效果和性能。 3.反馈控制参数设置：反馈控制参数设置包括位置环、速度环和电流环等参数的设定。这些参数直接影响伺服电机的控制精度和稳定性，需要根据具体应用的需求进行调整。 4.输入输出接口设置：根据具体的应用需求，可以设置伺服控制器的输入输出接口，实现与其他设备的连接和通信，以满足复杂的控制要求。 总结起来，台达伺服参数设定是根据具体应用需求对伺服控制器进行相应参数的设置和调整。通过合理的参数设定，可以提高伺服电机的运动控制精度和稳定性，使其能够更好地满足实际应用的需求。
A2 伺服多轴同步小技巧 案例介绍： A2 伺服多轴同步小技巧 伺服多轴同步一般通过如 Sercos、SSCNET 等高速运动控制汇流排来实现，上位控制器使用 PCI 控制板卡或中型 PLC。还有一种数控机床领域的多轴同步，如西门子数控系统 840D 的龙门轴功能，可以实现 2~3 轴同步。以上这些多轴同步的方式都会在运行过程中即时比较各轴之间的偏差，保证各轴同步误差在一定范围以内。除了这些复杂又昂贵的方式，我们在做一些要求不高的同步应用时是否还有别的选择呢？在这里我们介绍一些多台伺服在只有一路指令脉冲的情况下实现简单同步的方法。 方法一： 一路指令脉冲并接多台伺服 图 1 如图 1 所示的接线方式，在一路指令脉冲上并接多台伺服，这种接线方式可以让多台伺服同时收到相同的指令脉冲来实现同步，但是这种方式收到控制器指令脉冲输出光耦容量的限制，不能连接太多的伺服，一般线驱动方式光耦最大输出电流约 150mA。 方法二： 前一台伺服的编码器回馈脉冲做下一台伺服的指令脉冲
图 2 如图 2 所示的接线方式，使用前一台伺服的编码器回馈脉冲作为下一台伺服的指令脉冲，通过这种方式也可以实现多台伺服同步，并且没有数量限制。但是由於指令脉冲与编码器回馈脉冲之间存在追随误差，因此後面一台伺服相比前面一台伺服都有滞後，滞後量的多少取决於前面一台伺服追随误差的大小。 从图 3 通过软体示波器监测到的波形就可以看出编码器脉冲相比指令脉冲滞後。 图 3 方法三： ASDA-A2 系列伺服的指令脉冲 ByPass 功能 在 ASDA-A2 系列伺服中增加了伺服驱动器分周比 OA/OB/OZ 输出的来源选择的功能，在默认情况下 OA/OB/OZ 输出的来源为伺服电机编码器，另外还可以选择辅助编码器或者指令脉冲作为 OA/OB/OZ 的输出来源，辅助编码器可以用来连接外部光栅尺。一般常见的伺服分周比 OA/OB/OZ 输出固定为电机编码器回馈脉冲，可以通过除频等方式改变输出数量。将伺服驱动器分周比 OA/OB/OZ 输出来源选择为指令脉冲，再采用如图 2 所示的接线方式则可以实现多台伺服同时收到相同的指令脉冲，没有连接数量限制也没有指令脉冲滞後。在这种方式下伺服驱动器直接将接收的指令脉冲从 OA/OB 输出，在伺服驱动器内部的延迟仅为
伺服控制器的多通道控制与应用指南伺服控制器是一种高精度控制设备，被广泛应用于机器人、机床、 自动化生产线等领域。随着科技的不断发展，多通道控制成为伺服控 制器的一个重要特性之一。本篇文章将从多通道控制的相关技术及其 应用出发，为大家详细介绍一下伺服控制器的多通道控制与应用指南。 一、多通道控制的技术原理 多通道控制是指在同一台伺服控制器中同时控制多个运动轴，通过 多通道控制实现对多个轴的精密控制。多通道控制的技术原理主要包 括以下几个方面： 1.硬件支持 多通道控制需要硬件上的支持，伺服控制器中的CPU预留了多个 运动轴控制通道，并配备了相应的数字信号处理器和运动控制芯片， 以满足多通道控制的需求。 2.数据同步 多通道控制要求多个运动轴的数据同步。伺服控制器中通过时钟同 步技术和数据同步技术，可在微秒级别上实现多个轴的同步控制。 3.坐标变换 多通道控制需要对多个轴的位置、速度、加速度等参数进行坐标变换。伺服控制器中的坐标变换器可以实现从虚拟坐标系到实际坐标系 的转换，以满足多通道控制的需求。
4.运动插补 多通道控制要求实现多轴的同步运动控制，在实现多轴控制的同时 需要进行插补计算、轨迹平滑等处理。伺服控制器中的运动插补模块 可以高效地计算多轴的运动轨迹，并对运动轨迹进行优化和平滑处理。 二、多通道控制在生产中的应用 1.机床加工 在机床加工行业中，多通道控制可实现复杂零部件的高精度加工。 例如，通过用伺服电机控制数控刀架和工作台的位置和速度，可以实 现多角度、多面加工，提高了加工效率和精度。 2.自动化生产线 在自动化生产线中，多通道控制可以同时控制多个机器人臂、传送 带或其他运动装置，从而实现高效的自动化生产。例如，在汽车制造 业中，多通道控制可以实现对车身的多轴位安装，提高了车身安装精度。 3.医疗机器人 在医疗机器人领域，多通道控制可实现对多个关节的精确控制，提 高了手术的精度和安全性。例如，通过用伺服电机来控制手术机器人 的多个关节，可以实现对患者肢体的高精度操作，减少手术风险。 三、多通道控制的应用指南 1.合理规划通道数
伺服控制系统的4 种控制方式 导语：伺服控制系统的3 种控制方式，速度控制和转矩控制，位置控制。 伺服控制系统的3 种控制方式，速度控制和转矩控制，位置控制基础知识 一、伺服系统组成(自上而下) 控制器：plc，变频器，运动控制卡等其他控制设备，也称为上位机；伺服驱动器：沟通上位机和伺服机电，作用类似于变频器作用于普通交流马达。伺服机电：执行设备，接受来自驱动器的控制信号；机械设备：将伺服机电的圆周运动(或者直线机电的直线运动)转换成所需要的运动形式；各类传感器和继电器：检测工业控制环境下的各种信号送给上位机或者驱动器做为某些动作的判断标准。
二、伺服控制方式 三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。速度控制和转矩控制都是用摹拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。 ▶如果您对机电的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，固然是用转矩模式。 ▶如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用速度或者位置模式比较好。 ▶如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。 ▶如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。
就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对 控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响 应最慢。 对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对机电进行调整。如果控制器本身的运算速度很慢(比如PLC，或者低端运动控制器)，就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率； 如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱 动器上移开，这普通只是高端专用控制器才干这么做。普通说驱动器 控制的好坏，有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。 当转矩控制或者速度控制时，通过脉冲发生器给它一个方波信号，使机电不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫 频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此 时频率的高低，就能说明控制的好坏了，普通电流环能做到1000HZ 以上，而速度环只能做到几十赫兹。 1、转矩控制 转矩控制方式是通过外部摹拟量的输入或者直接的地址的赋值来 设定机电轴对外的输出转矩的大小，具体表现为：
伺服控制系统工作原理及组成 伺服控制系统是以变频技术为基础发展起来的产品，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它的性能优劣直接决定与影响着自动控制系统的快速性、稳定性和性，机、电、液的组合成为目前工业自动化的主要技术基础。下面小编为您介绍伺服控制系统的工作原理、组成及控制方式。 伺服控制系统的工作原理: 伺服控制系统实际上是一种对机械工作过程实现精细化控制的反馈控制系统，多用于对机械的运动矢量进行控制。伺服控制系统按所用驱动元件的类型可分为液压伺服系统、气动伺服系统和机电伺服系统。前两者特色明显，但应用范围有一定的限制。而机电伺服系统的能源是可以用方便灵活的方式加以利用的电能，其驱动元件是可按各种特定需求设计和选用的电动机，可以达到为优异的系统性能，因此成为应用为广泛的伺服系统。 机电伺服控制系统以电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现机械的运动要求。根据电机带动负载的不同，伺服系统可以应用在国防、工业、民用等众多场合，如：国防领域的雷达扫描器、光电跟踪随动器、火控系统、测控系统及用于半实物仿真的高精度转台、舵机负载模拟器等；工业领域的自动化产线、机床、机械臂、监控设备转台等。 伺服控制系统组成: 控制器：PLC，变频器，运动控制卡等其他控制设备，也称为上位机。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差，调节控制量。 伺服驱动器：沟通上位机和伺服电机，作用类似于变频器作用于普通交流马达。作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机上，调节电动机转矩的大小；另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电。 伺服电动机：执行设备，接受来自驱动器的控制信号。