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• 交流永磁同步伺服驱动系统（以下简称伺服系统），是一种以机械位置或角 度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱 动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量（ 使用在机电系统中的伺 服电机的转动惯量较大，为了能够和丝杠等机械部件直接相连。伺服电机有 一种专门的小惯量电机，为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力 低，当使用在进给伺服系统中时，必须加减速装置。转动惯量反映了系统的 加速度特性，在选择伺服电机时，系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3 倍。）较大等特点，这类专用的电机称为伺服电机。当然，其基本工作原理 和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动 单元，有时简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和位置闭环。
步进电机和伺服电机比较
• 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制 系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多 地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全 数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使 用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、 0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电 机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角 可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼 容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例， 对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为 360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转 一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89″。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动 频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正 常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电 机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功 能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点， 便于系统调整。
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交流伺服系统组成
• 永磁同步电机 • PMSM作为执行元件，把收到的电信号转换成电动机轴
上的角位移或角速度输出。其工作原理为: 伺服电机内 部的转子是永磁铁，驱动器控制的U、V、W三相电形成 的电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带 的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标 值进行相比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度 决定于编码器的精度（线数）。所谓交流同步电机，就 是转子是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定 子旋转磁场的变化，转子也做响应频率的速度变化，而 且转子速度=定子速度，所以称“同步”。 其同步转速 年n=60f/2p，其中2p为极对数。额定转速以下输出恒转 矩，额定转速以上输出恒功率。
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交流伺服系统的结构和原理
• 交流伺服系统简介 • 伺服系统器件 • 伺服系统的用途 • 伺服驱动器的结构及工作原理 • 伺服系统连接 • 交流伺服系统控制模式 • 交流伺服系统应用案例
交流伺服系统简介
• 伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动 要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的 过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代 ，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价 比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。
交流伺服系统组成
• 1、位置控制： • 位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的
个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。 由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用 领域：如数控机床、纺织机械、印刷机械等等。 • 2、速度模式： • 通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外 环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信 号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机 轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了 ，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。 • 3、转矩控制： • 转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出 转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输 出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转 ，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模 拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现 。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光 纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠 绕半径的变化而改变。