伺服驅動器簡介

伺服驅動器（servodrives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類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。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制，實現高精度的傳動系統定位，目前是傳動技術的高端產品。

伺服驅動器是現代運動控制的重要組成部分，被廣泛應用于工業機器人及數控加工中心等自動化設備中。尤其是應用于控制交流永磁同步電機的伺服驅動器已經成為國內外研究熱點。當前交流伺服驅動器設計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置3閉環控制算法。該算法中速度閉環設計合理與否，對于整個伺服控制系統，特別是速度控制性能的發揮起到關鍵作用。

在伺服驅動器速度閉環中，電機轉子實時速度測量精度對于改善速度環的轉速控制動靜態特性至關重要。為尋求測量精度與系統成本的平衡，一般采用增量式光電編碼器作為測速傳感器，與其對應的常用測速方法為M/T測速法。M/T測速法雖然具有一定的測量精度和較寬的測量范圍，但這種方法有其固有的缺陷，主要包括：

1）測速周期內必須檢測到至少一個完整的碼盤脈沖，限制了最低可測轉速；

2）用于測速的2個控制系統定時器開關難以嚴格保持同步，在速度變化較大的測量場合中無法保證測速精度。因此應用該測速法的傳統速度環設計方案難以提高伺服驅動器速度跟隨與控制性能。

伺服驅動器原理

伺服驅動器均采用數字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現比較復雜的控制算法，實現數字化、網絡化和智能化；功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設計的驅動電路，IPM內部集成了驅動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主回路中還加入了軟啟動電路，以減小啟動過程對驅動器的沖擊。

伺服驅動器工作原理圖

首先功率驅動單元通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。經過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅動交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程，整流單元（AC-DC）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。伺服驅動器一般都有三種控制方式：位置控制方式、轉矩控制方式、速度控制方式。位置控制位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈沖的個數來確定轉動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值，由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應用于定位裝置。

轉矩控制轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現。應用主要在對材質的手里有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

速度模式通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環PID控制時速度模式也可以進行定位，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檢測位置信號，此時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提供了，這樣的優點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統的定位精度。

伺服驅動器應用

伺服驅動器廣泛應用于注塑機領域、紡織機械、包裝機械、數控機床領域等。

伺服驅動器選型

1、選擇一款合適的伺服驅動器需要考慮到各個方面，這主要根據系統的要求來選擇，在選型之前，首先分析以下系統需求，比如尺寸、供電、功率、控制方式等，為選型定下方向。

2、驅動器支持的電機類型，一般為直流有刷、正弦波、梯形波等，還有就是驅動器的持續輸出電流要大于電機的額定電流，根據電機反電動勢、最大轉速考慮驅動器是否可以勝任。

3、反饋元件，反饋傳感器也是種類繁多，根據是否要做閉環，選擇反饋傳感器，編碼器、測速電機、旋變等。如果系統中帶有反饋元件，這時候在選擇驅動器時就要考慮驅動器是否支持這種反饋，反饋種類，或者是反饋的信號輸出形式。

4、伺服驅動器有三種控制方式：力矩、速度、位置模式。工作在這幾種模式下命令形式也不一樣，力矩和速度模式可通過模擬量命令控制，位置模式可使用脈沖+方向控制。當然還有總線形式，比如Ethercat等。

5、精度要求，系統的精度有多個影響因素，伺服驅動器也是其中重要的一環，一般伺服驅動器分為數字伺服驅動器和線性伺服放大器，線性放大器適用于低噪聲、高帶寬以及電流過零時無失真的場合。

6、供電和使用環境，供電方面主要是直流和交流供電，有時候還要考慮驅動器對供電電源的要求。使用環境，主要是考慮溫度方面的影響，還有就是工況，是否需要防護罩等。