伺服初步介绍

1、伺服的基本知识

2、常见问题

伺服系统的概念及组成

▲ 什么是伺服系统？

伺服，英文servo（来源希腊，义为仆人）。

在工业现场，由我们给伺服系统发送一个控制指令，然后它接收到控制指令，安装控制指令中的内容去完成任务。

伺服系统就是：以物体的位置、方向、速度等为控制量，将跟踪输入给定值的任意变化为目的，所构成的自动闭环控制系统。

下面我们来介绍伺服系统的组成

▲ 伺服系统的组成：

伺服系统是具有负反馈的闭环自动控制系统，由控制器、伺服驱动器、伺服电机和反馈装置组成。

结合下面这张图我们再来理解什么是伺服系统；

首先由控制器（可以是PLC或运动控制器）发出控制指令，指令内容可以是位置、方向、速度，给到伺服驱动器；通过伺服驱动器内部的位置环、速度环、电流环转变之后，最终通过电流环输出控制电流给伺服电机；然后根据我们设定的指令信号，让电机输出我们需要的转矩，这样带着负载运行。

在运行过程中，通过伺服电机上带的编码器，将伺服电机实时的位置或者速度状态反馈给伺服驱动器，这样一来，指令信号有任何变化，伺服驱动器都能立马作出响应。

例如，我们给一个速度信号值，由驱动器发给电机，电机在运行时，把速度实际值反馈给伺服驱动器，拿设定值和实际值进行相减、对比，利用差值对伺服电机继续做调整，从而让伺服电机实现快速响应，快速达到目标速度。

伺服控制系统的核心：负反馈和闭环

从上图简单来说，由伺服驱动器，伺服电机、编码器三部分构成了负反馈，并且包含了闭环。

与闭环控制对应的是开环控制；

在工业现场，典型的例子就是我们常见的步进电机。

由PLC发送脉冲给步进电机发脉冲，给多少脉冲，走多少距离，发脉冲的频率越高，步进电机走的越快。

但开环控制有一个问题：脉冲信号容易收到外界的干扰，从而丢失一些脉冲信号，结果导致步进电机最后不能完成精准的定位。

这里总结一下，闭环控制相较于开环控制，闭环控制能够更快的响应、精准的定位；从长远来看，制造业对于精度要求只会越来越高，会渐渐形成一种伺服代替步进的趋势。

接下来我们来看下伺服驱动器内部的工作原理。

伺服驱动器原理

通过这张图将伺服驱动器的内部结构给列了出来。

图中的三个三角就对应着伺服驱动器中的三个控制环：从内到外为电流环、速度环、位置环。

我们看图中电流环位置，有电流检测反馈信号做负反馈，之后会自行做出调整；

速度环和位置环也是一样的，从编码器这边得到速度反馈信号和位置反馈信号，之后作出相减（给定值减去当前值）进行比较，下面我们来介绍这个三个控制环。

首先我们得了解外环和内环的概念；

伺服驱动器与伺服电机连接，那么按图中所示，与伺服电机最近的是电流环，也是由电流环对电机作出控制的；其次是速度环，最后是位置环。

所以，电流环是速度环的内环，速度环是位置环的内环，位置环是速度环的外环。

例如：当我们给出一个位置指令，它首先会进入外环，也就是位置环，跟反馈信号做一个对比从而得到一个速度指令；然后速度值再对比得出一个扭矩指令给到下一个电流环，电流环再输出给到伺服电机，输出我们需要的扭矩。这样就是一个完整的流程。 

这三个环如果需要调试，应该从哪个环入手？

这个调试与前面的控制流程是不一样的。

首先要对电流环进行调试；电流环是伺服驱动器的最内环，电流环的输出就是电机的每相的相电流；接着是速度环，最后是设置位置环。

在三环的调试控制中都有使用PID。

简单讲解下PID；

举个例子，在空杯中导入热水，现在想喝温水，那水温不能过高，也不能太低，需要我们试几次将水温调节到合适的温度；

PID在伺服驱动器中就是起到类似的作用。

比例；I-积分；D-微分。这里我们用不到D-微分。

单纯的P（比例）：是将差值进行成比例的运算，它的显著特点就是有差调节，有差的意义就是调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差；（比如在调试伺服驱动器时需要设置的电子齿轮比）

单纯的额I（积分）：）是使调节器的输出信号的变化速度与差值信号成正比，大家不难理解，如果差值大，则积分环节的变化速度大，这个环节的正比常数的比例倒数，我们在伺服系统里通常叫它为积分时间常数，积分时间常数越小意味着系统的变化速度越快，所以同样如果增大积分速度（也就是减小积分时间常数）将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的震荡过程。这个环节最大的好处就是被调量最后是没有残差的。

PI（比例积分）就是综合P和I的优点，利用P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差。

电流环、速度环中都运用了 PI ，位置环使用了P。

本章内容就给大家介绍到这里，感谢观看。