伺服系統(tǒng)(servo mechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
那么伺服電機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，如何理解它的閉環(huán)特性，今天我們就來說說。首先我們看下交流伺服系統(tǒng)的組成，由伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)組成。這里我們主要講述伺服驅(qū)動(dòng)的工作原理，電機(jī)只是一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡圖如下，和變頻器的主電路類似，電源經(jīng)過整流，逆變，實(shí)現(xiàn)從AC→DC→AC的轉(zhuǎn)換。

伺服驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡圖
輸入信號/命令可以是位置、速度、扭矩等控制信號，對應(yīng)伺服電機(jī)的三種控制模式，每種控制模式都對應(yīng)著環(huán)的控制，扭矩控制是電流閉環(huán)控制，速度模式是速度閉環(huán)控制，位置模式則是三閉環(huán)控制模式(扭矩、速度、位置)。下面我們對位置模式的三閉環(huán)進(jìn)行分析：

位置模式的三閉環(huán)控制
上圖中M表示伺服電機(jī)，PG代表編碼器，最外面的藍(lán)色的代表位置環(huán)，因?yàn)槲覀冏罱K控制的是位置(定位)，內(nèi)環(huán)分別是速度環(huán)和電流環(huán)(扭矩環(huán))，位置模式下速度環(huán)和電流環(huán)作為保護(hù)環(huán)防止失速控制和過載以確保電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)和電機(jī)電流恒定。我們重點(diǎn)看下位置環(huán)是如何確保電機(jī)能夠準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)給定的角度。
假如我們給定脈沖為1個(gè)，此時(shí)反饋脈沖為0，脈沖偏差△p=1，輸入到控制器中，這時(shí)候驅(qū)動(dòng)電路控制IPM逆變器產(chǎn)生SPWM波驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，注意這個(gè)SPWM波和我們plc發(fā)脈沖的方波是不一樣的，時(shí)電機(jī)帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)發(fā)出反饋脈沖，這個(gè)時(shí)候△p=0，電機(jī)停止輸出，1個(gè)脈沖定位完成。整個(gè)從發(fā)出脈沖到接受反饋脈沖的過程就是一個(gè)閉環(huán)過程，從而確保電機(jī)能夠準(zhǔn)確定位，脈沖的數(shù)量決定定位的距離，脈沖的頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。