伺服控制系统及编码器

（1） 伺服系统：它是一种自动控制系统，使运动执行器的输出，如物体的位置、方向、状态、转矩等，随输入（或给定值）的任何变化而变化。

（2） 在自动控制系统中，能够对控制信号做出一定精度响应的系统称为随动系统，又称伺服系统。为了保证这种即时响应的准确性，通常需要对传感器的位置、速度和转矩进行反馈比较，这也称为闭环控制。

伺服系统的主要任务是根据控制指令的要求对功率进行放大、变换和调节，使驱动装置输出的转矩、速度和位置的闭环控制非常灵活方便。

简单地说，就是运动系统在任何时候的位置、时间、力的“服从”，在什么时候的位置，在这个位置输出多少力，这就是伺服控制。

其中，如果运动系统由电机驱动，那么电机的位置与电机输入的工作电流之间的对应关系是伺服控制系统须解决的问题。电动机的输入电压和电流（包括相位）在什么位置，这就叫位置环和电流环控制。位置在时间上的变化是速度环，速度环的变化是加速度和冲动。从物理学上我们知道加速度对应于力（如重力加速度G），电机的输出力由输入电压和电流（包括相位）驱动，然后从电机输入，电流环=力，从电机反馈的传感器是加速度=力。通过传感器对电机的反馈，得到位置和加速度信息，并与控制输入进行比较，形成闭环伺服控制系统。

旋转编码器是一种旋转位置传感器，输出增量脉冲信号（代表位置变化）或绝 对角度位置信号。这个信号对时间的一阶导数是速度，二阶导数是加速度。因此，旋转编码器成为伺服系统的反馈传感器选择。

伺服电机：

电机是常用的运动执行机构。电机驱动器直接对位置、速度、转矩进行闭环控制，称之为伺服电机。常用的伺服电机是交流永磁同步电机，有时交流永磁同步电机直接称为伺服电机。

交流永磁同步电动机：

是因为转子是用永磁材料制成的，所以旋转后，随着电机定子旋转磁场的变化，转子也会随着频率的变化而改变转速，而转子的转速=定子磁力推动的速度，所以称之为“同步”。交流永磁同步电动机因其同步要求而配备编码器。该编码器不仅提供角度位置信号（如增量脉冲信号或绝 对数字信号），还提供转子位置变化相位信号（如UVW或单圈正余弦C、D信号），角位置信号作为位置和速度的闭环反馈，利用转子换相信号对电机电流环转矩推力输入进行闭环反馈，获得转子同步旋转。因此，交流永磁同步电动机由于直接安装编码器而获得位置、速度、转矩反馈信息和闭环控制，自然具有“伺服”特性。

事实上，交流永磁同步电动机不仅可以具有伺服特性，而且可以通过控制器（变频器）和传感器反馈（如编码器）来实现位置、速度甚至输出转矩。通过闭环控制和跟踪响应，还可以实现伺服系统的特性。

它能否被称为“伺服”，取决于它在位置、速度、输出力等方面的跟踪响应和控制精度是否能满足使用要求，而不取决于使用什么电机执行机构。

在变频技术发展的前提下，伺服驱动控制器对驱动器内部电流环、速度环、位置环进行了比一般变频控制技术和算法计算，在功能上比传统变频器更强大。很多，主要是可以精 确的位置控制。速度和位置由上位机发出指令控制。

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