久正小课堂 | 伺服系统由哪几个部分组成？

发布日期：2024年03月08日 08:25:43

导语：伺服系统是指利用某一部件(如控制杆)的作用能使系统所处的状态到达或接近某一预定值,并能将所需状态(所需值)和实际状态加以比较,依照它们的差别(有时是这一差别的变化率)来调节控制部件的自动控制系统。

一、伺服系统

　　伺服系统是指利用某一部件(如控制杆)的作用能使系统所处的状态到达或接近某一预定值,并能将所需状态(所需值)和实际状态加以比较,依照它们的差别(有时是这一差别的变化率)来调节控制部件的自动控制系统。回顾伺服系统的发展历程，从最早的液压、气动到如今的电气化，由伺服电机、反馈装置与控制器组成的伺服系统已经走过了近50个年头。

      如今，随着技术的不断成熟，交流伺服电机技术凭借其优异的性价比，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。交流伺服系统技术的成熟也使得市场呈现出快速的多元化发展，并成为工业自动化的支撑性技术之一。

二、伺服系统构成

　　伺服驱动器主要由伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元组成。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等。

　　伺服驱动器大体可以划分为功率板和控制板两个模块。功率板是强电部分(功率大、电流大、频率低的电力部分)，其中包括两个单元，一是功率驱动单元IPM，用于电机的驱动，二是开关电源单元，为整个系统提供数字和模拟电源。控制板是弱电部分，是电机的控制核心，也是伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体。控制板通过相应的算法输出脉冲宽度调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)信号，作为驱动电路的驱动信号，来改变逆变器的输出功率，以达到控制交流伺服电机的目的。其中，逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成定频定压或调频调压交流电(一般为220V，50Hz正弦波)的转换器。

　　伺服驱动器主要材料成本中，IGBT和DSP芯片占总材料成本的50%以上。IGBT即绝缘栅双极型晶体管，是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管的低导通压降两方面的优点，用于功率驱动单元，能够辅助直流电转变为交流电。我国IGBT市场90%以上被外资企业占领，在短时间内IGBT实现国产化较为困难。

三、伺服系统的发展趋势

　　1、交流化

　　伺服技术将继续迅速地由DC伺服系统转向AC伺服系统。从目前国际市场的情况看，几乎所有的新产品都是AC伺服系统。在工业发达国家，AC伺服电机的　　市场占有率已经超过80%。在国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多，正在逐步地超过生产DC伺服电机的厂家。可以预见，在不远的将来，除了在某些微型电机领域之外，AC伺服电机将完全取代DC伺服电机。

　　2、全数字化

　　采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机(DSP)的伺服控制单元将全面代替以模拟电子器件为主的伺服控制单元，从而实现完全数字化的伺服系统。全数字化的实现，将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制，从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法(如：最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等)成为可能。

　　3、采用新型电力电子半导体器件

　　目前，伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件，主要有大功率晶体管(GTR)、功率场效应管(MOSFET)和绝缘门极晶体管(IGBT)等。这些先进器件的应用显著地降低了伺服单元输出回路的功耗，提高了系统的响应速度，降低了运行噪声。尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系统已经开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一起的新型模块，称为智能控制功率模块(Intelligent Power Modules，简称IPM)。这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。其输入逻辑电平与TTL信号完全兼容，与微处理器的输出可以直接接口。它的应用显著地简化了伺服单元的设计，并实现了伺服系统的小型化和微型化。

来源：中国传动网