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工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)行業(yè)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 儒競(jìng)科技    2023-08-25

工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是指以物體的位移、速度、角度等控制量組成的，能夠跟蹤目標(biāo)任意變化的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是基于變頻技術(shù)的延伸產(chǎn)品，其不僅可進(jìn)行速度、轉(zhuǎn)矩控制，還可實(shí)現(xiàn)精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。

工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器三部分組成。伺服驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)將從控制器接收到的信息分解為單個(gè)自由度系統(tǒng)可執(zhí)行的命令，再傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（伺服電機(jī)）；伺服電機(jī)將收到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)關(guān)節(jié)角度、角速度和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的控制；編碼器作為伺服系統(tǒng)的反饋裝置，很大程度上決定伺服系統(tǒng)精度。編碼器安裝在伺服電機(jī)上，與電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)將編碼信號(hào)送回控制器，控制器據(jù)以判斷伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、位置信息。

伺服系統(tǒng)按照?qǐng)?zhí)行元件的不同可分為液壓伺服系統(tǒng)、電氣伺服系統(tǒng)以及氣動(dòng)伺服系統(tǒng)，目前應(yīng)用最為廣泛的是電氣伺服系統(tǒng)。電氣伺服系統(tǒng)又可進(jìn)一步分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。其中，直流伺服電機(jī)可實(shí)現(xiàn)精確和快速的啟動(dòng)或停止功能，故多用于能通過(guò)微控制器或計(jì)算機(jī)控制的裝備上。交流伺服電機(jī)包含編碼器，與控制器一起提供閉環(huán)控制和反饋，其工作電壓更高、扭矩更大、精度更高，主要運(yùn)用于機(jī)器人、自動(dòng)化裝備等機(jī)械設(shè)備上。

（1）伺服驅(qū)動(dòng)器

伺服驅(qū)動(dòng)器是一種通過(guò)控制伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位的裝置，是伺服驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)中信號(hào)轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大的中樞，通過(guò)將輸入信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行綜合并放大，根據(jù)綜合信號(hào)極性的不同，輸出相應(yīng)的信號(hào)以控制伺服電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)；當(dāng)輸入信號(hào)與反饋信號(hào)相平衡時(shí)，伺服電機(jī)便停止轉(zhuǎn)動(dòng)，其末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)便穩(wěn)定于特定位置。

（2）伺服電機(jī)

伺服電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)中的執(zhí)行部件，其作用是將伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移和角速度。伺服電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子上裝有勵(lì)磁繞組和控制繞組，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵或感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子在由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。

伺服電機(jī)分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)兩大類，與普通電機(jī)不同，伺服電機(jī)通常與編碼器集成為一體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制和精準(zhǔn)控制。

注：過(guò)載能力指超過(guò)額定轉(zhuǎn)矩限值后能夠承受的能力范圍；調(diào)速范圍指額定轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍；響應(yīng)速度指伺服電機(jī)啟動(dòng)、加減速的響應(yīng)時(shí)間。