伺服驅(qū)動器結(jié)構(gòu)

伺服驅(qū)動器（servo drives）又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達(dá)進(jìn)行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。

圖1 伺服驅(qū)動器原理框圖

伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計的驅(qū)動電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護(hù)電路，在主回路中還加入了軟啟動電路，以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。

整流部：通過整流部，將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，?jīng)電容濾波，產(chǎn)生平穩(wěn)無脈動的直流電源。

逆變部：由控制部過來的SPWM信號，驅(qū)動IGBT，將直流電源變?yōu)镾PWM波形，以驅(qū)動伺服電機(jī)。

控制部分：伺服單元采用全數(shù)字化結(jié)構(gòu)，通過高性能的硬件支持，實現(xiàn)閉環(huán)控制的軟件化，現(xiàn)在所有的伺服已采用（DSP數(shù)字信號處理）芯片，DSP，能夠執(zhí)行位置、速度、轉(zhuǎn)矩和電流控制器的功能。給出PWM信號控制信號作用于功率驅(qū)動單元，并能夠接收處理位置與電流反饋，具有通訊接口。

編碼器：伺服電機(jī)配有高性能的轉(zhuǎn)角測量編碼器，可以精確測量轉(zhuǎn)子的位置與電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

目前，伺服控制系統(tǒng)的輸出器件越來越多地采用開關(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，主要有大功率晶體管（GTR）、功率場效應(yīng)管 （MOSFET）和絕緣門極晶體管（IGPT）等。這些先進(jìn)器件的應(yīng)用顯著地降低了伺服單元輸出回路的功耗，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低了運行噪聲。

尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)開始使用一種把控制電路功能和大功率電子開關(guān)器件集成在一起的新型模塊，稱為智能控制功率模塊（Intelligent Power Modules，簡稱IPM）。這種器件將輸入隔離、能耗制動、過溫、過壓、過流保護(hù)及故障診斷等功能全部集成于一個不大的模塊之中。其輸入邏輯電平與TTL信號完全兼容，與微處理器的輸出可以直接接口。它的應(yīng)用顯著地簡化了伺服單元的設(shè)計，并實現(xiàn)了伺服系統(tǒng)的小型化和微型化。

機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，類型繁多，但從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器，被控對象，執(zhí)行環(huán)節(jié)，檢測環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)等五部分。

比較環(huán)節(jié)

比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進(jìn)行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號的環(huán)節(jié)，通常由專門的電路或計算機(jī)來實現(xiàn)。

控制器

控制器通常是計算機(jī)或PID控制電路，其主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進(jìn)行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動作。

執(zhí)行環(huán)節(jié)

執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動被控對象工作。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓，氣動伺服機(jī)構(gòu)等。

被控對象

機(jī)械參數(shù)量包括位移，速度，加速度，力，和力矩為被控對象。

檢測環(huán)節(jié)

檢測環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。