速度控制和轉矩控制都是用模擬量來控制的。位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。具體采用什么控制方式要根據客戶的要求，滿足何種運動功能來選擇。

如果您對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉矩，當然是用轉矩模式。

如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉矩不是很關心，用轉矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。

如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會好一點。

如果本身要求不是很高，或者，基本沒有實時性的要求，用位置控制方式對上位控制器沒有很高的要求。

就伺服驅動器的響應速度來看，轉矩模式運算量最小，驅動器對控制信號的響應最快；位置模式運算量最大，驅動器對控制信號的響應最慢。

對運動中的動態(tài)性能有比較高的要求時，需要實時對電機進行調整。那么如果控制器本身的運算速度很慢（比如PLC，或低端運動控制器），就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅動器移到控制器上，減少驅動器的工作量，提高效率（比如大部分中高端運動控制器）；如果有更好的上位控制器，還可以用轉矩方式控制，把速度環(huán)也從驅動器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機。

一般說驅動器控制的好不好，每個廠家的都說自己做的最好，但是現在有個比較直觀的比較方式，叫響應帶寬。當轉矩控制或者速度控制時，通過脈沖發(fā)生器給他一個方波信號，使電機不斷的正轉、反轉，不斷的調高頻率，示波器上顯示的是個掃頻信號，當包絡線的頂點到達最高值的70.7%時，表示已經失步，此時的頻率的高低，就能顯示出誰的產品牛了，一般的電流環(huán)能作到1000Hz以上，而速度環(huán)只能作到幾十赫茲。

換一種比較專業(yè)的說法：

1、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，具體表現為例如10V對應5Nm的話，當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉，外部負載等于2.5Nm時電機不轉，大于2.5Nm時電機反轉（通常在有重力負載情況下產生）?？梢酝ㄟ^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受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒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。

2、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。

應用領域如數控機床、印刷機械等等。

3、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(huán)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(huán)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(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。

4、談談3環(huán)，伺服一般為三個環(huán)控制，所謂三環(huán)就是3個閉環(huán)負反饋PID調節(jié)系統(tǒng)。最內的PID環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅動器內部進行，通過霍爾裝置檢測驅動器給電機的各相的輸出電流，負反饋給電流的設定進行PID調節(jié)，從而達到輸出電流盡量接近等于設定電流，電流環(huán)就是控制電機轉矩的，所以在轉矩模式下驅動器的運算最小，動態(tài)響應最快。

第2環(huán)是速度環(huán)，通過檢測的電機編碼器的信號來進行負反饋PID調節(jié)，它的環(huán)內PID輸出直接就是電流環(huán)的設定，所以速度環(huán)控制時就包含了速度環(huán)和電流環(huán)，換句話說任何模式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實際也在進行電流（轉矩）的控制以達到對速度和位置的相應控制。

第3環(huán)是位置環(huán)，它是最外環(huán)，可以在驅動器和電機編碼器間構建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負載間構建，要根據實際情況來定。由于位置控制環(huán)內部輸出就是速度環(huán)的設定，位置控制模式下系統(tǒng)進行了所有3個環(huán)的運算，此時的系統(tǒng)運算量最大，動態(tài)響應速度也最慢。

伺服電機的使用壽命是多久？

額定轉速不用管它，伺服電機有堵轉扭矩這一說法，實際就是在1rpm的情況下測定出來的。只有你的電機質量沒問題，且使用的時候過載不嚴重，在承受范圍以內，基本不會有什么影響。

電機的壽命主要取決于軸承，軸承算是電機里壽命最短的玩意兒了。你安裝精度高點，同心度好點，放心用吧。真燒了那也是驅動器的責任，誰讓它不接溫控保護了。

交流伺服電機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。

目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長;另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子.空心杯形轉子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩(wěn)，因此被廣泛采用。

01

接線

將控制卡斷電，連接控制卡與伺服之間的信號線。以下的線是必須要接的：控制卡的模擬量輸出線、使能信號線、伺服輸出的編碼器信號線。復查接線沒有錯誤后，電機和控制卡(以及PC)上電。此時電機應該不動，而且可以用外力輕松轉動，如果不是這樣，檢查使能信號的設置與接線。用外力轉動電機，檢查控制卡是否可以正確檢測到電機位置的變化，否則檢查編碼器信號的接線和設置。

02

試方向

對于一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果反饋信號的方向不正確，后果肯定是災難性的。通過控制卡打開伺服的使能信號。這是伺服應該以一個較低的速度轉動，這就是傳說中的“零漂”。一般控制卡上都會有抑制零漂的指令或參數。使用這個指令或參數，看電機的轉速和方向是否可以通過這個指令(參數)控制。如果不能控制，檢查模擬量接線及控制方式的參數設置。確認給出正數，電機正轉，編碼器計數增加;給出負數，電機反轉轉，編碼器計數減小。如果電機帶有負載，行程有限，不要采用這種方式。測試不要給過大的電壓，建議在1V以下。如果方向不一致，可以修改控制卡或電機上的參數，使其一致。

03

抑制零漂

在閉環(huán)控制過程中，零漂的存在會對控制效果有一定的影響，最好將其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參數，仔細調整，使電機的轉速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機性，所以，不必要求電機轉速絕對為零。

伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發(fā)出對應數量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現精確的定位，可以達到0.001mm。

直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便(換碳刷)，產生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。

交流伺服被應用的17個領域

交流伺服驅動器借鑒并應用了變頻的技術，在直流電機的伺服控制的基礎上通過變頻PWM方式模仿直流電機的控制方式來實現的，也就是說交流伺服電機必然有變頻的這一環(huán)節(jié)。與變頻器一樣，也是將工頻交流電先整流成直流電，然后通過可控制門極的各類晶體管(IGBT，IGCT等)通過載波頻率和PWM調節(jié)逆變?yōu)轭l率可調的交流電，波形類似于正余弦的脈動電。

伺服驅動器發(fā)展了變頻技術，在驅動器內部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)(變頻器沒有該環(huán))都進行了比一般變頻更精確的控制技術和算法運算，主要的一點可以進行精確的位置控制。

現在的交流伺服的控制部分采用數字信號處理器(DSP)作為控制核心，其優(yōu)點是可以實現比較復雜的控制算法，來完成伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，包括力矩、速度和位置等閉環(huán)控制。

交流伺服的應用領域：

凡是對位置，速度和力矩的控制精度要求比較高的場合，都可以采用交流伺服驅動。如機床、印刷設備、包裝設備、紡織設備、激光加工設備、機器人、電子、制藥、金融機具、自動化生產線等。因為伺服多用在定位、速度控制場合，所以伺服又稱為運動控制。

1、冶金、鋼鐵—連鑄拉坯生產線、銅桿上引連鑄機、噴印標記設備、冷連軋機，定長剪切、自動送料、轉爐傾動。

2、電力、電纜—水輪機調速器、風力發(fā)電機變槳系統(tǒng)、拉絲機、對絞機、高速編織機、卷線機、噴印標記設備等。

3、石油、化工—擠壓機、膠片傳動帶、大型空氣壓縮機、抽油機等。

4、化纖和紡織--紡紗機、精紡機、織機、梳棉機、橫邊機等。

5、汽車制造業(yè)—發(fā)動機零部件生產線、發(fā)動機組裝生產線，整車裝配線、車身焊接線、檢測設備等。

6、機床制造業(yè)—車床、龍門刨、銑床、磨床、機械加工中心、制齒機等。

7、鑄件制造業(yè)—機械手、轉爐傾動、模具加工中心等。

8、橡塑制造業(yè)--塑料壓延機、塑料薄膜袋封切機、注塑機、擠出機、成型機、涂塑復合機、拉絲機等。

9、電子制造業(yè)—印刷電路板(PCB)設備、半導體器件設備(光刻機、晶圓加工機等)、液晶顯示器(LCD)設備、整機聯裝及表面貼裝(SMT)設備、激光設備(切割機、雕刻機等)、通用數控設備、機械手等。

10、造紙業(yè)—紙張傳送設備、特種紙造紙機械等。

11、食品制造業(yè)—原料加工設備、灌裝機械、封口機、其他食品包裝及印刷設備等

12、制藥業(yè)—原料加工機械、制劑機械、飲片機械、印刷及包裝機械等

13、交通—地鐵屏蔽門、電力機車、船舶導航等

14、物流、裝卸、搬運—自動倉庫、搬運車、立體車庫、傳動帶、機器人、起重設備和搬運設備等

15、建筑—電梯、傳送帶、自動旋轉門、自動開窗等

16、醫(yī)療—CT、X光機、核磁共振MRI等

17、試驗設備—汽車試驗設備、扭矩試驗設備等

總之，學好伺服驅動的應用，可以設計出很多產品，而且都是很高端產品，對職業(yè)的發(fā)展意義重大。未來一段時間，我們將著重學習伺服驅動的應用。

伺服系統(tǒng)的控制模式有哪幾種？

步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現代數字控制技術有著本質的聯系。在目前國內的數字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服系統(tǒng)的出現，交流伺服電機也越來越多地應用于數字控制系統(tǒng)中。為了適應數字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號)，但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異?，F就二者的使用性能作一比較。

1、控制精度不同

兩相混合式步進電機步距角一般為1.8°、0.9°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更小。如山洋公司(SANYODENKI)生產的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。

交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以山洋全數字式交流伺服電機為例，對于帶標準2000線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。

2、低頻特性不同

步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。

交流伺服電機運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能(FFT)，可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調整。

3、矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速(一般為2000RPM或3000RPM)以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。

4、過載能力不同

步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的二到三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現了力矩浪費的現象。

5、運行性能不同

步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖的現象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可靠。

6、速度響應性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉速(一般為每分鐘幾百轉)需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。

綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。

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