伺服系統(tǒng)幾種運動控制

伺服系統(tǒng)運動控制發(fā)展迅速，減少勞動力與勞動成本，提高了工業(yè)效率，是工業(yè)自動化行業(yè)福星！

氣動和液壓伺服控制

盡管氣動和液壓伺服在當(dāng)今的自動化運控市場并不十分常見，但在很多行業(yè)應(yīng)用場合中它們還是具備極強的不可替代性。因此有必要在這里先簡單提一提。

氣動和液壓伺服都是以流體壓力作為動力驅(qū)動和控制負(fù)載運行的，因此二者在產(chǎn)品形態(tài)和系統(tǒng)架構(gòu)上有著不少相似之處。

首先，能夠為氣動或液壓系統(tǒng)提供流體壓縮動力的，自然就是泵站，也就是空壓機(jī)和液壓站。它們通過內(nèi)部的電機(jī)驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，壓縮流體管路的氣體或液壓油，然后借助特定的壓力調(diào)節(jié)裝置，在系統(tǒng)回路（氣路或油路）中產(chǎn)生穩(wěn)定的流體壓縮動力。

但此時管路中的壓縮動力是不能直接用來控制負(fù)載運動的，原因在于其輸出的方向和大小并未根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行過調(diào)節(jié)和控制，這就需要在流體回路中使用各種閥。例如：用節(jié)流閥可以手動實現(xiàn)最基本的速度調(diào)節(jié)；通過帶有控制輸入的比例方向閥或比例壓力閥，能夠?qū)敵鏊俣然驂毫M(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)；而如果要做到比較精準(zhǔn)的位置控制，就需要用到伺服比例閥，并結(jié)合特定的位置反饋裝置。

如果說各類閥的作用是將泵站的輸出經(jīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成應(yīng)用所需的可變流體動力，那么氣缸或液壓缸就是基于這些流體壓縮動力最終驅(qū)動和控制負(fù)載運動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。無論是氣缸還是液壓缸，其原理都是通過流體壓縮后產(chǎn)生的壓力驅(qū)動其內(nèi)部推桿產(chǎn)生活塞式運動，因此這些缸的輸出都是在有限行程范圍內(nèi)的往復(fù)直線運動，并能夠在其末端產(chǎn)生一定的推力或拉力。

上面說的這些其實都僅僅是氣動和液壓技術(shù)在動力傳動環(huán)節(jié)的產(chǎn)品，而要能夠?qū)⑵浞Q之為伺服并用于實現(xiàn)精準(zhǔn)的運動控制，反饋裝置則是必不可少的。在氣動和液壓伺服系統(tǒng)中，通常會使用專門的氣缸或油缸位置傳感器（例如：缸體內(nèi)置的霍爾元件等），而設(shè)備控制系統(tǒng)則會基于傳感器的反饋與設(shè)定的應(yīng)用參數(shù)，通過對各類閥的開閉動作進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，調(diào)整缸體內(nèi)流體的壓力和方向，以最終實現(xiàn)對負(fù)載運行姿態(tài)的控制。

變頻伺服控制

必須承認(rèn)，由于技術(shù)日趨成熟，以及總體成本和技術(shù)門檻不斷降低，變頻伺服已經(jīng)在大量應(yīng)用中取代了包括上述氣動和液壓在內(nèi)的其他類型的伺服技術(shù)，逐漸成為工業(yè)運控領(lǐng)域的絕對主力。

變頻伺服，顧名思義，它是以可變頻交流電為動力的伺服技術(shù)。而我們知道，以我們目前掌握的電力驅(qū)動技術(shù)來說，這種可變頻率的交流電基本上必須通過直流電逆變生成的，因此，變頻伺服系統(tǒng)所使用的動力通常是來自穩(wěn)定的直流電源，可以是電池組，也可以是能夠?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電的整流裝置。

有了穩(wěn)定的直流電源，要產(chǎn)生可變頻率的交流電輸出，就需要使用變頻驅(qū)動器（俗稱“伺服驅(qū)動器”）作為中間的動力轉(zhuǎn)換裝置。在伺服系統(tǒng)中使用的變頻伺服驅(qū)動器與一般的工業(yè)變頻器在工作原理上并沒有太大的差別，不過由于其所面對的設(shè)備應(yīng)用在運行精度和動態(tài)性能方面有著更為嚴(yán)苛的要求，因此往往會表現(xiàn)出更加激進(jìn)的控制特性（如：較高的頻響帶寬），與此同時，集成運控反饋端口也就成為了伺服驅(qū)動器的標(biāo)配。

在變頻伺服系統(tǒng)中，將可變頻交流電轉(zhuǎn)換為機(jī)械動力的傳動執(zhí)行部件通常是各類電機(jī)，這個也是和一般的變頻傳動技術(shù)類似的。但為了能夠在更寬的速度范圍內(nèi)（尤其是低速）獲得優(yōu)質(zhì)的動態(tài)響應(yīng)特性，變頻伺服通常會使用集成運動反饋的永磁同步電機(jī)。

此外，為了能夠簡化設(shè)備系統(tǒng)的傳動環(huán)節(jié)、提升綜合傳動效率和控制性能，除了有普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)以外，變頻伺服的傳動執(zhí)行部件還經(jīng)常會有一些不同類型的動力輸出形式，如：旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動電機(jī)、直線電機(jī)、直線電動缸等等。

在將旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的輸出動力傳遞到最終運動負(fù)載的過程中，運控系統(tǒng)系統(tǒng)往往還需要使用到各種伺服級別的機(jī)械傳動組件，如：聯(lián)軸器、減速機(jī)、同步帶、絲杠等等，這一點也是有必要提醒大家注意的。 同樣，變頻伺服控制也需要使用反饋裝置，也就是編碼器，這是所有伺服運控系統(tǒng)都必備的。如果是旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，一般就是其軸末端的反饋編碼器；若是直線電機(jī)，則是直線編碼器和光柵尺；有時，伺服系統(tǒng)還可能會在某個負(fù)載工位上使用不止一個編碼器反饋，以減少因中間傳動環(huán)節(jié)引起的測量誤差，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)反饋精度。

當(dāng)然，在使用伺服傳動技術(shù)時，除了上面提到的這些高性能驅(qū)動和反饋裝置，往往還需要有包括：控制器、輸入輸出 I/O 模組、傳感器、軟件、網(wǎng)絡(luò)、安全、連接器、線纜等在內(nèi)的各類產(chǎn)品和技術(shù)組件。不難看出，這幾乎已經(jīng)是一套完整的設(shè)備控制系統(tǒng)了。

另外，隨著工業(yè)設(shè)備的智能化程度越來越高，其機(jī)電系統(tǒng)也正在變得越來越龐大、復(fù)雜，各類部件之間各種功能和結(jié)構(gòu)上的集成與融合也就是很自然的發(fā)展趨勢，于是我們看到了市面上不斷涌現(xiàn)出來的各式各樣的機(jī)電一體化產(chǎn)品，如：集成驅(qū)動電機(jī)、電驅(qū)傳輸軌道、集成減速機(jī)電機(jī)等等。

這就是為什么深圳華科星電氣一直說，掌握伺服運控技術(shù)，將會在很大程度上促進(jìn)工廠自動化方面技術(shù)能力的提升。了解更多伺服系統(tǒng)問題可加微信13602631692咨詢，也可到華科星官網(wǎng)http://www.ektwopf.cn了解。

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