                                 上海庆惜自动化设备有限公司
伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中。尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国内外研究热点。当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置3闭环控制算法。该算法中速度闭环设计合理与否，对于整个伺服控制系统，特别是速度控制性能的发挥起到关键作用 [1]  。
在伺服驱动器速度闭环中，电机转子实时速度测量精度对于改善速度环的转速控制动静态特性至关重要。为寻求测量精度与系统成本的平衡，一般采用增量式光电编码器作为测速传感器，与其对应的常用测速方法为M/T测速法。M/T测速法虽然具有一定的测量精度和较宽的测量范围，但这种方法有其固有的缺陷，主要包括：1）测速周期内必须检测到至少一个完整的码盘脉冲，限制了较低可测转速；2）用于测速的2个控制系统定时器开关难以严格保持同步，在速度变化较大的测量场合中无法**测速精度。因此应用该测速法的传统速度环设计方案难以提高伺服驱动器速度跟随与控制性能 [1]  。
工作原理编辑
目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，
伺服驱动器（图1）
伺服驱动器（图1）
可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单**先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。
伺服控制系统
概述
        伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统，又称随动系统。在很多情况下，伺服系统的控制量是机械位移、速度、力矩等，其作用是使输出的机械位移准确地跟踪输入的位移。
        电控伺服系统的执行机构为电机，常见的电机类型包括步进电机、直流无刷电机、永磁同步电机等。
        伺服系统的核心是电机的驱动控制，根据电机带动负载的不同，伺服系统可以应用在*、工业、民用等众多场合，如：*领域的雷达扫描器（机载、舰载、车载）、舵机、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。
        恒润科技致力于提供满足客户需求的伺服系统解决方案、**的电机驱动控制算法、电机控制半实物仿真方案以及高精度、高稳定性、高环境适应性、可定制的伺服控制系统配套产品。
产品介绍
?  雷达扫描器伺服系统
        雷达扫描器伺服系统包括控制器、驱动器、传动机构、电机系统和位置传感器。根据负载的不同情况，采用基于模型的设计方法，可定制适合各种应用的控制策略。
?  直流无刷电机驱动控制器
        直流无刷电机驱动控制器是针对应用范围广泛的直流无刷电机和永磁同步电机而研制的专用驱动控制单元，采用电流、速度、位置三闭环控制策略，同时采用业界**的空间矢量控制技术实现高精度的电机运转控制。
        直流无刷电机驱动控制器采用一体化结构设计，集控制、驱动、检测电路、故障保护电路于一体，具有高集成度、高稳定性、重量轻、安装方便、可维护性强等特点。采用业界标准电气接口，并且可以根据用户需要定制不同标准的接口，为分布式、集中式控制系统提供支持
?  多轴直驱伺服系统
        装配永磁同步电机的直接驱动伺服系统，由于不存在机械传动系统引入的回差，可以应用到对控制精度要求较高的场合。高性能的直流无刷电机驱动控制器作为驱动控制核心，实现两个轴向的并行高精度控制。
?  舵机负载模拟器
        舵机负载模拟器是模拟*行器飞行过程中舵面承受载荷力矩的加载装置，构成舵机半实物仿真系统的关键环节。模拟器使用力矩电机作为力矩加载部件，恒润科技具备成熟的力矩电机驱动控制方案，结合成熟的半实物仿真系统，为舵机控制器的验证提供可靠的实验环境。
?  高精度转台
        用于武器平台或运动载体模拟，是各类武器平台进行半实物仿真试验等地面综合性试验系统的关键设备和重要组成部分。力矩电机为转台的执行机构，恒润科技设计、生产的力矩电机驱动控制单元配合高精度位置传感器，可满足转台高精度控制的要求。

?  伺服系统研发测试平台
        辅助进行伺服控制系统设计开发和试验验证的平台，实现伺服系统数字化设计，完成数字伺服系统的快速原型、硬件在回路验证，提高设计可靠性，便于新技术的引入研究，加快新型高效率伺服系统设计投产使用的过程。

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伺服控制系统概述
伺服控制系统的结构与典型产品伺服系统的结构
伺服系统的分类
伺服系统的性能要求
伺服系统的主要特点
伺服放大器的典型产品
伺服控制系统在机床行业的应用
伺服控制系统在纺织行业的应用
项目伺服电动机与伺服测量系统伺服电动机基本理
永磁同步伺服电动机
导读：伺服系统（servo system）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。
　　伺服系统（servo system）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。
　　伺服系统较初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中,后来逐渐推广到很多领域,特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。采用伺服系统主要是为了达到下面的几个目的：①以小功率指令信号去控制大功率负载。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。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。
　　伺服系统衡量伺服系统性能的主要指标有频带宽度和精度。频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大，快速性越好。图中是伺服系统的典型频率响应特性。通常取频率响应特性的对数幅频特性的值降到－3分贝时所对应的频率值ωb为系统的带宽（从坐标原点ω=0算起）。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大，带宽越窄。一般伺服系统的带宽小于15赫，大型设备伺服系统的带宽则在1～2赫以下。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机和旋转变压器等。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。
　　伺服系统 - 主要结构
　　伺服系统主要由三部分组成：控制器，功率驱动装置，反馈装置和电动机。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；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，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；电动机则按供电大小拖动机械运转。
　　主要特点
　　1、精确的检测装置：以组成速度和位置闭环控制；
　　2、有多种反馈比较原理与方法：根据检测装置实现信息反馈的原理不同，伺服系统反馈比较的方法也不相同。常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种；
　　3、高性能的伺服电动机(简称伺服电机)：用于高效和复杂型面加工的数控机床，伺服系统将经常处于频繁的启动和制动过程中。要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大，以产生足够大的加速或制动力矩。要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳，以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节；
　　4、宽调速范围的速度调节系统，即速度伺服系统：从系统的控制结构看，数控机床的位置闭环系统可看作是位置调节为外环、速度调节为内环的双闭环自动控制系统，其内部的实际工作过程是把位置控制输入转换成相应的速度给定信号后，再通过调速系统驱动伺服电机，实现实际位移。数控机床的主运动要求调速性能也比较高，因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。
　　技术要求
　　1、系统精度
　　伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度,以误差的形式表现,可概括为动态误差,稳态误差和静态误差三个方面组成.
　　2、稳定性
　　伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后,系统能够恢复到原来稳定状态的能力;或者当给系统一个新的输入指令后,系统达到新的稳定运行状态的能力.
　　3、响应特性
　　响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度,决定了系统的工作效率.响应速度与许多因素有关,如计算机的运行速度,运动系统的阻尼和质量等.
　　4、工作频率
　　工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围.当工作频率信号输入时,系统能够按技术要求正常工作;而其它频率信号输入时,系统不能正常工作。

　　1 、开环系统
　　开环系统构成主要由驱动电路，执行元件和被控对象三大部分组成。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、驱动电路和被控对象五部分组成。在闭环系统中，检测元件将被控对象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、磁栅和编码器等。通常把安装在电机轴端的检测元件组成的伺服系统称为半闭环系统；把安装在被控对象上的检测元件组成的伺服系统称为闭环系统。由于电机轴端和被控对象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三种。
　　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。
　　3、直流伺服驱动与交流伺服驱动
　　70年代和80年代初，数控机床多采用直流伺服驱动。直流大惯量伺服电机具有良好的宽调速性能，输出转矩大，过载能力强，而且，由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当，构成闭环后易于调整。而直流中小惯量伺服电机及其大功率晶体管脉宽调制驱动装置，比较适应数控机床对频繁启动、制动，以及快速定位、切削的要求。但直流电机一个较大的特点是具有电刷和机械换向器，这限制了它向大容量、高电压、高速度方向的发展，使其应用受到限制。