伺服系统的结构组成

机电一体化的伺服控制系统的结构类型繁多，就从自动控制理论的角度来进行分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、检测环节、比较环节、执行环节等五部分。

1、控制器

控制器通常是PID控制电路或计算机， 控制器主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，用来控制执行元件按要求动作。

2、被控对象

被控对象多指一些机械参数量，例如：位移、加速度、力、速度和力矩等。

3、执行环节

执行环节的作用是按控制信号的规则，将输入的各形式能量转化成机械能，驱动被控对象工作。

4、检测环节

检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要量纲的装置，一般包括传感器（编码器）和转换电路。

5、比较环节

比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入之间的偏差信号。这个环节通常由专门的电路或计算机来实现。

伺服系统的现状

1、伺服驱动产品

1.1伺服电机

按容量将其分为大容量、中容量、小容量、超小容量（MINI型）四种类型。其中，功率在22―55KW之间为大容量型，功率在300W―15KW之间为中容量型，功率在30―750W之间为小容量型，功率在10―20W之间为超小容量型。

1.2编码器

现在以信号线数量是5根的新型的位置编码器居多，分为**值型和增量型两种，具有62.5μs的通信周期，12位的数据长度，4 M/s的通信速率，高达20 bit/rev编码器分辨率，也就是说每转生成100万个脉冲，有高达6000 r/min的转速，且仅用16μA电流。

除了光电编码器之外，磁编码器值得关注。磁编码器的重量和体积都比光电编码器小几十倍，温度范围更宽，几乎不怕冲击和振动。其工作原理非常简单，磁编码器的定子是一颗内嵌霍尔磁敏元件和DSP的芯片，体积可以小到MSOP-24封装，它的转子是一颗两极磁钢。它的分辨率是16位，精度是12位。

1.3伺服控制单元

伺服控制单元也叫伺服控制器或是伺服驱动器。虽有较低成本、较快的相应速度、连续性较好的特点，但传统模拟控制会因为温度升高发生漂移，调试系统不易掌握，柔性化设计实现难，无法完成复杂的计算，对现代控制理论指导下的控制算法无法实现等。

1.4上位控制

从上面的CNC控制器、运动控制器及可编程控制器（PLC），能连接到底端的CNC控制器、通用输入/输出（I/O）控制单元。可控制单轴，在高达44轴的模式下也可控制，从模拟到网络不同类型的信号可通过控制器进行连接。

2、比较直流与交流伺服系统

液压的伺服系统现在已经发展成为电气伺服系统，存在直流（DC）和交流（AC）两种类型之分。

直流伺服电机流行于20世纪70年代，但在70年代末至80年代初，其逐渐被交流伺服驱动技术取代，且当时工业领域实现自动化的基础技术就包括交流伺服驱动技术。

由于电机本身有一定缺陷，所以直流伺服驱动技术发展受到了影响。因直流伺服电机结构复杂、转子在运行过程中温度逐渐升高，使其无法精准确地连接其他机械设备，而且在大容量和高速的情况很难派上用场。因此，直流伺服驱动技术机械转向器的发展瓶颈就产生了。

负荷特性和低惯性是交流伺服电机两大特点。这个就体现了交流伺服电机的比较优势。因为直流伺服电机换向器、电刷等部件所造成的各种问题在交流伺服电机中都被避免了，因此，包括工厂自动化（FA）在内的许多领域都广泛使用交流伺服系统。

伺服系统发展前景向好

2012年国内伺服电机生产企业产量约172万台，国内需求市场规模达到了385万台。国内伺服电机销售规模达到60.39亿元；2013年我国伺服电机生产企业产量约206万台，需求量约444万台。国内伺服电机销售规模达到55.87亿元；2014年，受益于机器人、物料搬运设备、木工机械等OEM行业升温持续，伺服市场增速大幅回升。我国伺服电机产销量分别为255万台和535万台，市场规模约61.18亿元；2015年，市场规模达到63.19亿元。