伺服驅動(dòng)器的工作原理及其控制方式

　　伺服驅動(dòng)器（servo drives）又稱(chēng)為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來(lái)控制伺服電機的一種控制器，其作用類(lèi)似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統的一部分，主要應用于高精度的定位系統。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進(jìn)行控制，實(shí)現高精度的傳動(dòng)系統定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

　　目前主流的伺服驅動(dòng)器均采用數字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實(shí)現比較復雜的控制算法，實(shí)現數字化、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）為核心設計的驅動(dòng)電路，IPM內部集成了驅動(dòng)電路，同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路，以減小啟動(dòng)過(guò)程對驅動(dòng)器的沖擊。

　　功率驅動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應的直流電。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電，再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是AC-DC-AC的過(guò)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。

　　隨著(zhù)伺服系統的大規模應用，伺服驅動(dòng)器使用、伺服驅動(dòng)器調試、伺服驅動(dòng)器維修都是伺服驅動(dòng)器在當今比較重要的技術(shù)課題，越來(lái)越多工控技術(shù)服務(wù)商對伺服驅動(dòng)器進(jìn)行了技術(shù)深層次研究。

　　伺服驅動(dòng)器是現代運動(dòng)控制的重要組成部分，被廣泛應用于工業(yè)機器人及數控加工中心等自動(dòng)化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅動(dòng)器已經(jīng)成為國內外研究熱點(diǎn)。當前交流伺服驅動(dòng)器設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)設計合理與否，對于整個(gè)伺服控制系統，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。

　　一般伺服都有三種控制方式：位置控制方式、轉矩控制方式、速度控制方式。

　　1、位置控制：位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數來(lái)確定轉動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對速度和位移進(jìn)行賦值，由于位置模式可以對速度和位置都有很?chē)栏竦目刂?，所以一般應用于定位裝置。

　　2、轉矩控制：轉矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，可以通過(guò)即時(shí)的改變模擬量的設定來(lái)改變設定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對應的地址的數值來(lái)實(shí)現。

　　應用主要在對材質(zhì)的手里有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線(xiàn)裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì )隨著(zhù)纏繞半徑的變化而改變。

　　3、速度模式：通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)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(shí)的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來(lái)提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，增加了整個(gè)系統的定位精度。

　　如果對電機的速度、位置都沒(méi)有要求，只要輸出一個(gè)恒轉矩，當然是用轉矩模式。

　　如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實(shí)時(shí)轉矩不是很關(guān)心，用轉矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。

　　如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會(huì )好一點(diǎn)，如果本身要求不是很高，或者基本沒(méi)有實(shí)時(shí)性的要求，采用位置控制方式。

　　伺服驅動(dòng)器對電機的主要控制方式

　　伺服驅動(dòng)器對電機的主要控制方式為：位置控制、速度控和轉矩控制。

　　位置控制：是指驅動(dòng)器對電機的轉速、轉角和轉矩均于控制，上位機對驅動(dòng)器發(fā)脈沖串進(jìn)行轉速與轉角的控制，輸入的脈沖頻率控制電機的轉速，輸入的脈沖個(gè)數控制電機旋轉的角度。

　　速度控制：是指驅動(dòng)器僅對電機的轉速和轉矩進(jìn)行控制，電機的轉角由CNC取驅動(dòng)器反饋的A、B、Z編碼器信號進(jìn)行控制，CNC對驅動(dòng)器發(fā)出的是模擬量（電壓）信號，范圍為+10V～-10V，正電壓控制電機正轉，負電壓控制電機反轉，電壓值的大小決定電機的轉數。

　　轉矩控制：是指伺服驅動(dòng)器僅對電機的轉矩進(jìn)行控制，電機輸出的轉矩不在隨負載變，只聽(tīng)從于輸入的轉矩命令，上位機對驅動(dòng)器發(fā)出的是模擬量（電壓）信號，范圍為+10V～-10V，正電壓控制電機正轉，負電壓控制電機反轉，電壓值的大小決定電機輸出的轉矩。電機的轉速與轉角由上位機控制。