伺服驱动器工作原理与控制方式

伺服控制系统

伺服控制系统是一种能对试验装置的机械运动按预定要求进行自动控制的操作系统。 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）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。

伺服驱动器的工作原理

首先功率驱动单元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。

伺服驱动器控制方式

一般伺服都有三种控制方式：位置控制方式、转矩控制方式、速度控制方式。

1.位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值，由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。

在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电动机的位置 信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载

外环检测位置 信号，电动机轴端的编码器只检测电动机转速。由于位置模式对速度和位置都有很严格的控 制，因而其主要应用于定位装置，如数控机床、印刷机械等。

2.转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。

应用主要在对材质的手里有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

转矩控制方式实际上就是通过外部模拟量的输入或直接的地址賦值来设定电动机轴 输出转矩。例如10V对应5N • m的话，当外部模拟量设定为5V时，电动机轴输出为 2.5N • m.如果电动机轴负载低于2.5N.m时电动机正转，外部负载等于2.5N • m时电 动机不转，大于2.5N*m时电动机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即 时改变模拟量的设定来改变设定力矩大小，也可通过通信方式改变对应的地址的数值来 实现。转矩控制主要应用在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕线 装置或拉光纤设备。

3.速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。

图4-27给出了 PWM调速系统示意图，主电路由不可控整流器UR、平波电容器C 和逆变器UI构成。逆变器输入为固定不变的直流电压%’通过调节逆变器输出电压的 脉冲宽度和频率来实现调压和调频’同时减小三相电流波形畸变的输出。这种形式主电 路特点如下。 

①由于主要电路只有一个功率控制级UI，因而结构简单。 

②由于使用了不可控整流桥，因而电网功率因数跟逆变器的输出大小无关。 ③逆变器在调频时实现调压，与中间直流环节的元件参数无关，从而加快了系统的动 态响应。实际的变频调速系统一般都需要加上完善的保护以确保系统安全运行。

如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。

如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。

如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点，如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，采用位置控制方式。