伺服系统技术的四种控制之美精确灵敏迅速与稳定相互辉映

导语：探索伺服控制系统的三大领域——速度、转矩与位置，深入了解其运作原理和应用场景。以下内容将详细介绍伺服系统的构成、控制方式以及响应速度的对比分析。

一、伺服系统组成

从上至下，我们可以看到伺服控制系统由多个关键组件构成：

上位机（PLC, 变频器等）：作为信息处理中心，负责数据传输与信号处理。

伺服驱动器：桥接上位机与伺服电机之间，类似于变频器对普通交流马达的作用。

伺服电机：执行运动部分，接受来自驱动器的精确控制信号。

机械设备：将圆周或直线运动转换为所需形式。

各种传感器及继电器：检测环境信号，为上位机或驱动器提供决策依据。

二、伺服控制方式

三种核心控制模式：

转矩控制

通过模拟量设定输出转矩大小，如10V对应5Nm，当输入5V时输出2.5Nm。

应用在受力严格要求的缠绕装置，如饶线装置或拉光纤设备。

位置控制

通常通过脉冲频率确定速度大小和个数确定角度，或直接赋值速度/位移。

适用于定位需求高如数控机床、印刷机械等场合。

速度控制

可以通过模拟量输入或脉冲频率调整转速，在有外环PID的情况下支持定位功能但需要反馈位置信号给上位进行计算。

三环闭环调节：

电流环（最内层）：内部在驱动器中完成，由霍尔检测各相输出电流，与设定比较进行PID调节，以达到最佳输出电流并最小化功耗。适用于所有模式，尤其是转矩模式时运算量最小且响应时间最快。

速度环（第二层）：利用编码器信号进行负反馈PID调整，其输出直接成为电流环设定的输入。在任何模式下都必须包含电流环，因为它是基础而且涉及到实际操作，即使是在其他两种模式下也会同时使用这两个循环以实现精确操控。

位移（位置）环（第三层）：可在驱动器与编码之间建立，也可在外部与编码或者终端负载间建立，这取决于具体情况。此外，它们的设置对于任何类型都是有效，但通常对于其他两者的性能提升效果更显著，因此它仅当真实应用场景需要特别精密操控时才被广泛采纳，而不是默认选项。这意味着当使用此模式时，将会包括所有三个循環，从而导致最大运行效率，并伴随着最慢响应时间。