伺服系統幾種運動控制

伺服系統運動(dong)控制發展迅速(su)，減少勞(lao)動(dong)力(li)與勞(lao)動(dong)成本，提高了工(gong)業效(xiao)率(lv)，是(shi)工(gong)業自動(dong)化行業福星！

氣(qi)動和液(ye)壓伺服控制

盡管氣(qi)動(dong)(dong)和液(ye)壓伺服在(zai)(zai)當(dang)今(jin)的自動(dong)(dong)化運控市場并(bing)不(bu)十分(fen)常見，但在(zai)(zai)很多行業應用場合中它們還(huan)是具備(bei)極(ji)強的不(bu)可替(ti)代性(xing)。因(yin)此有必(bi)要在(zai)(zai)這(zhe)里先簡單提一提。

氣(qi)動和(he)(he)液壓(ya)伺服都是以流體壓(ya)力(li)作為動力(li)驅動和(he)(he)控制(zhi)負載(zai)運行的，因(yin)此二者在產品(pin)形態(tai)和(he)(he)系統架構上(shang)有著不少相似之(zhi)處。

首先，能(neng)夠為氣(qi)(qi)動或液(ye)壓(ya)(ya)(ya)(ya)系(xi)統提供流(liu)體(ti)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮動力(li)的，自然就(jiu)是泵站(zhan)，也就(jiu)是空(kong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機和液(ye)壓(ya)(ya)(ya)(ya)站(zhan)。它(ta)們通過(guo)內部的電機驅動葉輪(lun)旋轉，壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮流(liu)體(ti)管路(lu)(lu)(lu)的氣(qi)(qi)體(ti)或液(ye)壓(ya)(ya)(ya)(ya)油，然后借助特定的壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)調(diao)節裝置，在系(xi)統回路(lu)(lu)(lu)（氣(qi)(qi)路(lu)(lu)(lu)或油路(lu)(lu)(lu)）中產生穩定的流(liu)體(ti)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮動力(li)。

但此時管路(lu)中的(de)(de)(de)壓縮動力是不能直接用(yong)(yong)來控(kong)(kong)(kong)制(zhi)負載運(yun)動的(de)(de)(de)，原因(yin)在于(yu)其輸出(chu)的(de)(de)(de)方向和大小(xiao)并(bing)未根(gen)據應(ying)用(yong)(yong)需(xu)(xu)求進(jin)(jin)行過調(diao)節(jie)(jie)(jie)和控(kong)(kong)(kong)制(zhi)，這就(jiu)需(xu)(xu)要(yao)在流(liu)體(ti)回路(lu)中使用(yong)(yong)各種閥(fa)。例如(ru)：用(yong)(yong)節(jie)(jie)(jie)流(liu)閥(fa)可以手(shou)動實現(xian)最基本的(de)(de)(de)速(su)度調(diao)節(jie)(jie)(jie)；通過帶(dai)有控(kong)(kong)(kong)制(zhi)輸入的(de)(de)(de)比(bi)例方向閥(fa)或比(bi)例壓力閥(fa)，能夠對輸出(chu)速(su)度或壓力進(jin)(jin)行動態調(diao)節(jie)(jie)(jie)；而(er)如(ru)果要(yao)做(zuo)到比(bi)較精(jing)準(zhun)的(de)(de)(de)位置(zhi)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)，就(jiu)需(xu)(xu)要(yao)用(yong)(yong)到伺服(fu)比(bi)例閥(fa)，并(bing)結合特(te)定的(de)(de)(de)位置(zhi)反(fan)饋裝置(zhi)。

如果(guo)說各類閥(fa)的(de)作用是將泵站的(de)輸(shu)出(chu)經調節(jie)轉換成應用所需的(de)可變流體動(dong)力(li)(li)，那么氣缸(gang)(gang)或(huo)液(ye)壓(ya)缸(gang)(gang)就是基于這些流體壓(ya)縮動(dong)力(li)(li)最終驅動(dong)和控制負載(zai)運(yun)(yun)動(dong)的(de)執行機(ji)構。無論是氣缸(gang)(gang)還是液(ye)壓(ya)缸(gang)(gang)，其原理都是通過流體壓(ya)縮后產生的(de)壓(ya)力(li)(li)驅動(dong)其內部推桿產生活塞式運(yun)(yun)動(dong)，因此這些缸(gang)(gang)的(de)輸(shu)出(chu)都是在(zai)(zai)有限行程范圍內的(de)往復直(zhi)線運(yun)(yun)動(dong)，并能夠在(zai)(zai)其末端產生一定的(de)推力(li)(li)或(huo)拉力(li)(li)。

上(shang)面說(shuo)的(de)(de)(de)這些其(qi)實(shi)(shi)都僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)是氣動(dong)(dong)(dong)和液壓技術在(zai)動(dong)(dong)(dong)力(li)傳動(dong)(dong)(dong)環節的(de)(de)(de)產品，而(er)要能夠將其(qi)稱之為(wei)伺(si)服并用于(yu)實(shi)(shi)現精準的(de)(de)(de)運動(dong)(dong)(dong)控制(zhi)(zhi)，反饋(kui)(kui)裝(zhuang)置(zhi)則是必不可少的(de)(de)(de)。在(zai)氣動(dong)(dong)(dong)和液壓伺(si)服系(xi)統(tong)中，通常(chang)會(hui)(hui)使用專門的(de)(de)(de)氣缸(gang)或油缸(gang)位置(zhi)傳感器(qi)（例(li)如：缸(gang)體(ti)內置(zhi)的(de)(de)(de)霍爾(er)元件(jian)等），而(er)設備控制(zhi)(zhi)系(xi)統(tong)則會(hui)(hui)基于(yu)傳感器(qi)的(de)(de)(de)反饋(kui)(kui)與(yu)設定的(de)(de)(de)應用參數，通過對各類(lei)閥的(de)(de)(de)開閉動(dong)(dong)(dong)作進行(xing)(xing)實(shi)(shi)時調(diao)節，調(diao)整缸(gang)體(ti)內流體(ti)的(de)(de)(de)壓力(li)和方向，以最終實(shi)(shi)現對負(fu)載(zai)運行(xing)(xing)姿態的(de)(de)(de)控制(zhi)(zhi)。

變頻伺服控制

必須承認，由于技(ji)術日(ri)趨成熟，以及總體成本和技(ji)術門檻不斷降低，變頻伺服已(yi)經在大量應用中取代了包括(kuo)上述氣動和液壓在內(nei)的(de)(de)其他類型(xing)的(de)(de)伺服技(ji)術，逐漸成為(wei)工(gong)業運控領(ling)域(yu)的(de)(de)絕對主力。

變(bian)(bian)頻(pin)伺服，顧名思義，它是(shi)以(yi)可變(bian)(bian)頻(pin)交(jiao)流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)為動(dong)力(li)的伺服技術。而我們(men)知(zhi)道，以(yi)我們(men)目前掌握(wo)的電(dian)(dian)力(li)驅動(dong)技術來(lai)(lai)說，這(zhe)種可變(bian)(bian)頻(pin)率的交(jiao)流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)基(ji)本上必須通過直流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)逆變(bian)(bian)生成的，因此，變(bian)(bian)頻(pin)伺服系統所使(shi)用的動(dong)力(li)通常是(shi)來(lai)(lai)自穩定的直流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)源，可以(yi)是(shi)電(dian)(dian)池(chi)組，也可以(yi)是(shi)能夠將交(jiao)流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)轉換為直流(liu)(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)的整流(liu)(liu)(liu)(liu)裝置。

有了穩定的(de)直流電源(yuan)，要產生可變(bian)(bian)頻率(lv)的(de)交流電輸出，就需(xu)要使用變(bian)(bian)頻驅動(dong)器(qi)(qi)（俗(su)稱“伺服(fu)(fu)驅動(dong)器(qi)(qi)”）作為中間(jian)的(de)動(dong)力轉換(huan)裝置(zhi)。在(zai)伺服(fu)(fu)系統中使用的(de)變(bian)(bian)頻伺服(fu)(fu)驅動(dong)器(qi)(qi)與(yu)一般的(de)工業變(bian)(bian)頻器(qi)(qi)在(zai)工作原理(li)上并(bing)沒有太大的(de)差別(bie)，不過(guo)由于其所(suo)面(mian)對的(de)設備應(ying)用在(zai)運行精(jing)度和動(dong)態性(xing)能(neng)方面(mian)有著更(geng)為嚴苛(ke)的(de)要求，因此(ci)往往會表現(xian)出更(geng)加(jia)激進(jin)的(de)控制特(te)性(xing)（如：較(jiao)高的(de)頻響帶寬），與(yu)此(ci)同時，集(ji)成運控反(fan)饋端口也就成為了伺服(fu)(fu)驅動(dong)器(qi)(qi)的(de)標配(pei)。

在變頻(pin)伺(si)服系統中，將可變頻(pin)交流(liu)電(dian)轉換(huan)為機(ji)械(xie)動(dong)(dong)力(li)的(de)傳動(dong)(dong)執行(xing)部件通常是(shi)各類電(dian)機(ji)，這個也(ye)是(shi)和一般的(de)變頻(pin)傳動(dong)(dong)技術(shu)類似的(de)。但(dan)為了能夠(gou)在更寬(kuan)的(de)速度范圍內（尤其是(shi)低速）獲得(de)優質的(de)動(dong)(dong)態響應特性，變頻(pin)伺(si)服通常會使用集成運動(dong)(dong)反饋(kui)的(de)永磁同步電(dian)機(ji)。

此外，為了能夠簡化設備系統的傳(chuan)動(dong)環節、提(ti)升綜合(he)傳(chuan)動(dong)效率和控制性能，除(chu)了有普通旋(xuan)轉(zhuan)電機以外，變頻伺服(fu)的傳(chuan)動(dong)執(zhi)行部(bu)件還經常(chang)會有一些不(bu)同類(lei)型的動(dong)力輸出形式，如：旋轉直接驅動電機、直線(xian)(xian)電機、直線(xian)(xian)電動缸等等。

在將旋轉(zhuan)伺(si)服(fu)電機(ji)的輸出動(dong)力傳(chuan)遞到最終運動(dong)負載的過程中，運控系統系統往(wang)往(wang)還需要使用到各(ge)種伺(si)服(fu)級別的機(ji)械傳(chuan)動(dong)組件，如(ru)：聯軸器、減速機、同步帶、絲杠等(deng)等(deng)，這一點也是有必要提醒(xing)大家(jia)注意的(de)。 同樣，變頻伺(si)服控(kong)制也需要(yao)使用反(fan)饋(kui)裝置(zhi)，也就(jiu)是(shi)(shi)(shi)編碼器，這是(shi)(shi)(shi)所有(you)伺(si)服運控(kong)系統都必備(bei)的(de)。如果是(shi)(shi)(shi)旋轉伺(si)服電(dian)機(ji)，一般就(jiu)是(shi)(shi)(shi)其(qi)軸末(mo)端(duan)的(de)反(fan)饋(kui)編碼器；若(ruo)是(shi)(shi)(shi)直線(xian)(xian)電(dian)機(ji)，則(ze)是(shi)(shi)(shi)直線(xian)(xian)編碼器和光柵尺；有(you)時，伺(si)服系統還可能會在某個負載工(gong)位上使用不止一個編碼器反(fan)饋(kui)，以減少因(yin)中間傳動環(huan)節引(yin)起的(de)測量誤差，從而進一步(bu)提升系統反(fan)饋(kui)精度。

當然，在使用伺服傳動技術(shu)時，除(chu)了(le)上面提到的(de)這些高性能(neng)驅動和(he)反(fan)饋裝置，往往還需要有包括：控制(zhi)器、輸入輸出(chu) I/O 模組(zu)、傳感(gan)器、軟件(jian)、網絡(luo)、安全、連接器、線(xian)纜(lan)等在內的(de)各類產品和(he)技術(shu)組(zu)件(jian)。不難看(kan)出(chu)，這幾(ji)乎已(yi)經(jing)是(shi)一套完整的(de)設備控制(zhi)系統了(le)。

另(ling)外(wai)，隨著(zhu)工業設(she)備的(de)智能(neng)化程(cheng)度越(yue)來越(yue)高，其機(ji)(ji)電(dian)系統也正在(zai)變得越(yue)來越(yue)龐大、復(fu)雜，各類部件之間(jian)各種功能(neng)和結構上的(de)集成與融合也就是很自然(ran)的(de)發(fa)展趨(qu)勢，于(yu)是我們看(kan)到(dao)了市面上不斷涌(yong)現出來的(de)各式各樣的(de)機(ji)(ji)電(dian)一體化產品(pin)，如(ru)：集成驅(qu)(qu)動電(dian)機(ji)(ji)、電(dian)驅(qu)(qu)傳輸軌道、集成減速機(ji)(ji)電(dian)機(ji)(ji)等等。

這(zhe)就是為什么深圳華科星(xing)電氣一(yi)直說，掌握伺服運控技術，將會在很大程度上促(cu)進工廠自動化(hua)方(fang)面技術能力(li)的提(ti)升。了解更多伺服系統問(wen)題可加微信13602631692咨詢，也可到(dao)華(hua)科星官(guan)網//xfjvk.cn了解。

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