概述伺服驅動器與變頻器

　　伺服一詞源于希臘語“奴隸”的意思。人們想把“伺服機構”當個得心應手的馴服工具，服從控制信號的要求而動作。在信號來到之前，轉子靜止不動;信號來到之后，轉子立即轉動;當信號消失，轉子能即時自行停轉。由于它的“伺服”性能，因此而得名。目前伺服已經成為高精度、高響應速度、高性能的代名詞。

　　伺服系統是具有反饋的閉環自動控制系統。它是由控制器、功率驅動裝置、反饋裝置和電動機組成的。利用伺服機構可以進行位置、速度、轉矩的單項控制及組合控制。

　　轉矩控制：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，主要應用于需要嚴格控制轉矩的場合。——電流環控制

　　速度控制：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率對轉動速度的控制。——速度環控制

　　位置控制：伺服中最常用的控制，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,所以一般應用于定位裝置。——三環控制

　　衡量伺服控制系統性能的主要指標有頻帶寬度和精度。頻帶寬度簡稱帶寬，由系統頻率響應特性來規定，反映伺服系統的跟蹤的快速性。帶寬越大，快速性越好。伺服系統的帶寬主要受控制對象和執行機構的慣性的限制。慣性越大，帶寬越窄。伺服系統精度指的是輸出量復現輸入信號要求的精確程度,以誤差的形式表現,可概括為動態誤差,穩態誤差和靜態誤差三個方面組成。

　　伺服驅動器與變頻器的差異

　　變頻器與伺服放大器在主回路與控制回路上的區別如下：

　　主回路：變頻器與伺服的構成基本相同。兩者的區別在于伺服中增加了稱為動態制動器的部件。停止時該部件能吸收伺服電機積累的慣性能量，對伺服電機進行制動。

　　控制回路：與變頻器相比，伺服的構成相當復雜。為了實現伺服機構，需要復雜的反饋、控制模式切換、限制(電流/速度/轉矩)等功能。

　　伺服驅動器與變頻器在性能及應用方面主要區別如下：

　　控制精度不同

　　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。

　　矩頻特性不同

　　交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象.在0.2r/MIN轉速下仍可拖動額定負載平穩運轉，調速比可達到1:10000，這是變頻器遠遠達不到的。

　　具有過載能力不同

　　伺服驅動器一般具有短時3倍過載能力，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。變頻器一般允許1.5倍過載。

　　加減速性能不同

　　在空載情況下伺服電機從靜止狀態加速到2000r/min，用時不會超20mS。電機的加速時間跟電機軸的慣量以及負載有關系，通常慣量和負載越大加速時間越長。

　　動態響應品質優良

　　伺服電機在位置控制模式下，突加負載或撤載，幾乎沒有超調現象，電機轉速不會產生波動，保證了機床加工的精度。

　　驅動對象不同

　　變頻器是用來控制交流異步電機，伺服驅動器用來控制交流永磁同步電機。伺服系統的性能不僅取決于驅動器的性能，而且跟伺服電機的性能有直接的關系。伺服電機的材料、結構和加工工藝要遠遠高于變頻器驅動的交流電機，電機方面的嚴重差異也是兩者性能不同的根本。

　　應用場合不同

　　變頻控制與伺服控制是兩個范疇的控制。前者屬于傳動控制領域,后者屬于運動控制領域。一個是滿足一般工業應用要求，對性能指標要求不高的應用場合，追求低成本、少維護、使用簡單等特點的驅動產品。另一個就是代表著工業自動化發展水平的產品，追求高性能、高響應、高精度。

　　伺服和變頻器在使用目的、功能方面存在本質的差異。選擇哪一個取決于運行模式、負載條件、價格等因素。

　　基本上伺服的性能比變頻器優越。因此，由變頻器變更為伺服時，一般不會產生運行方面的問題。但是，必須考慮下列幾點。

　　機械側的剛性

　　伺服的最大轉矩約為變頻器的2倍。因此，如果機械結構比較脆弱，加、減速時可能會產生振動(振蕩現象)。此時，須采取加固機械結構、減小伺服系統的增益(控制靈敏度)等措施。

　　換算到電機軸的負載慣性大小(慣性)

　　與變頻器相比，伺服對于負載慣性的大小很敏感。相對于電機本身的轉動慣量，如果負載的轉動慣量過大，則電機軸會被負載拖著旋轉，從而導致控制不穩定。因此，根據機械負載選擇合適的伺服容量至關重要。

　　電機軸的振動

　　安裝電機的部位發生機械振動時，會給電機的轉軸帶來影響。尤其對內置編碼器的伺服電機，有時必須采取降低振動的措施。

　　減速機構的打滑

　　伺服的基本概念是準確、精確、快速定位。變頻是伺服控制的一個必須的內部環節，伺服驅動器中同樣存在變頻(需進行無級調速)。但伺服將電流環速度環或者位置環都閉合進行控制。除此外，伺服電機的構造與普通電機是有區別的，要滿足快速響應和準確定位。現在市面上流通的交流伺服電機多為永磁同步交流伺服，但這種電機受工藝限制，很難做到很大的功率，十幾KW以上的同步伺服價格及其昂貴，這樣在現場應用允許的情況下多采用交流異步伺服，這時控制系統就成了變頻器帶編碼器反饋的閉環控制即高端的變頻控制。所謂伺服就是要滿足準確、精確、快速定位，只要滿足就不存在伺服變頻之爭。