一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。大多數(shù)人想知道的就是這三種控制方式具體根據(jù)什么來選擇的？

速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的。位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。具體采用什么控制方式要根據(jù)客戶的要求，滿足何種運動功能來選擇。

如果對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。

如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。

如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會好一點。

如果本身要求不是很高，或者，基本沒有實時性的要求，用位置控制方式對上位控制器沒有很高的要求。

就伺服驅(qū)動器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運算量最小，驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最快；位置模式運算量最大，驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最慢。對運動中的動態(tài)性能有比較高的要求時，需要實時對電機進行調(diào)整。那么如果控制器本身的運算速度很慢（比如PLC，或低端運動控制器），就用位置方式控制。

如果控制器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動器移到控制器上，減少驅(qū)動器的工作量，提高效率（比如大部分中高端運動控制器）；如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機。

換一種說法是：

1、轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對應(yīng)5Nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時電機軸輸出為2.5Nm。如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉(zhuǎn)，外部負載等于2.5Nm時電機不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時電機反轉(zhuǎn)（通常在有重力負載情況下產(chǎn)生）。可以通過即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

2、位置控制：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(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。+應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機床、印刷機械等等。

3、速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖+的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。

交流伺服電機的工作原理：伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）

交流伺服電機的基本常識：交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組，交流伺服電動機一種兩相的交流電動機。交流伺服電動機使用時，激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uk。當(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動機很快就會轉(zhuǎn)動起來。+通入勵磁繞組及控制繞組的電流在電機內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定了電機的轉(zhuǎn)向，當(dāng)任意一個繞組上所加的電壓反相時，旋轉(zhuǎn)磁場的方向就發(fā)生改變，電機的方向也發(fā)生改變。+

為了在電機內(nèi)形成一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，要求激磁電壓Uj和控制電壓UK之間應(yīng)有90度的相位差，常用的方法有：

1）利用三相電源的相電壓和線電壓構(gòu)成90度的移相

2）利用三相電源的任意線電壓；

3）采用移相網(wǎng)絡(luò)

4）在激磁相中串聯(lián)電容器+交流伺服電機及其調(diào)速分類和特點

長期以來，在要求調(diào)速性能較高的場合，一直占據(jù)主導(dǎo)地位的是應(yīng)用直流電動機的調(diào)速系統(tǒng)。但直流電動機都存在一些固有的缺點，如電刷和換向器易磨損，需經(jīng)常維護。換向器換向時會產(chǎn)生火花，使電動機的最高速度受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制，而且直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，所用鋼鐵材料消耗大，制造成本高。而交流電動機，特別是鼠籠式感應(yīng)電動機沒有上述缺點，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機小，使得動態(tài)響應(yīng)更好。在同樣體積下，交流電動機輸出功率可比直流電動機提高10﹪～70﹪，此外，交流電動機的容量可比直流電動機造得大，達到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。+現(xiàn)代數(shù)控機床都傾向采用交流伺服驅(qū)動，交流伺服驅(qū)動已有取代直流伺服驅(qū)+動之勢。

分類和特點

1．異步型交流伺服電動機：異步型交流伺服電動機指的是交流感應(yīng)電動機。它有三相和單相之分，也有鼠籠式和線繞式，通常多用鼠籠式三相感應(yīng)電動機。其結(jié)構(gòu)簡單，與同容量的直流電動機相比，質(zhì)量輕，價格便宜。缺點是不能經(jīng)濟地實現(xiàn)范圍很廣的平滑調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收滯后的勵磁電流。因而令電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。+這種鼠籠轉(zhuǎn)子的異步型交流伺服電動機簡稱為異步型交流伺服電動機，用IM表示。

2．同步型交流伺服電動機：同步型交流伺服電動機雖較感應(yīng)電動機復(fù)雜，但比直流電動機簡單。它的定子與感應(yīng)電動機一樣，都在定子上裝有對稱三相繞組。而轉(zhuǎn)子卻不同，按不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。其中磁滯式和反應(yīng)式同步電動機存在效率低、功率因數(shù)較差、制造容量不大等缺點。數(shù)控機床中多用永磁式同步電動機。與電磁式相比，永磁式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、效率較高；缺點是體積大、啟動特性欠佳。但永磁式同步電動機采用高剩磁感應(yīng)，高矯頑力的稀土類磁鐵后，可比直流電動外形尺寸小，質(zhì)量減輕60﹪，轉(zhuǎn)子慣量減到直流電動機的1%。它與異步電動機相比，由于采用了永磁鐵勵磁，消除了勵磁損耗及有關(guān)的雜散損耗，所以效率高。又因為沒有電磁式同步電動機所需的集電環(huán)和電刷等，其機械可靠性與感應(yīng)（異步）電動機相同，而功率因數(shù)卻大大高于異步電動機，從而使永磁同步電動機的體積比異步電動機小些。這是因為在低速時，感應(yīng)（異步）電動機由于功率因數(shù)低，輸出同樣的有功功率時，它的視在功率卻要大得多，而電動機主要尺寸是據(jù)視在功率而定的。+交流伺服電機的優(yōu)良性能+保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

以SINAMICS V90系統(tǒng)為例說明。

SINAMICS V90 根據(jù)不同的應(yīng)用分為兩個版本：

1. 脈沖序列版本（集成了脈沖，模擬量，USS/MODBUS）；

2. PROFINET通訊版本。

SINAMICS V90 脈沖版本可以實現(xiàn)內(nèi)部定位塊功能，同時具有脈沖位置控制，速度控制，力矩控制模式。

下圖所示為脈沖串指令速度控制模式（PTI）下的默認(rèn)接口定義，符合標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用習(xí)慣。

同時只允許使用一個脈沖輸入通道，其他控制信號也可以自由分配到數(shù)字量輸入和輸出端子上，請參見操作手冊。

數(shù)字量輸入，支持NPN和PNP兩種類型。接線圖中的24V電源如下：

（1）用于SINAMICS V90的24V電源。所有的PTO信號都必須連接至使用同一24V電源的控制器，如SINAMICS V90。

（2）隔離的數(shù)字量輸入電源，可使用控制器電源。

（3）隔離的數(shù)字量輸出電源，可使用控制器電源。

SINAMICS V90 伺服驅(qū)動：

電機抱閘信號（僅用于 SINAMICS V90 200 V 驅(qū)動）。SINAMICS V90 200 V 驅(qū)動需要使用外部繼電器來連接電機抱閘。

SINAMICS V90 脈沖序列版本的系統(tǒng)接線圖：

SINAMICS V90 PROFINET 版本的系統(tǒng)接線圖：

1、SIMOTICS S-1FL6 低慣量電機 SH20、SH30 及SH40 使用電纜型連接器。

2、此處所展示的抱閘電纜連接僅適用于 V90 400 V 驅(qū)動。V90 200 V 驅(qū)動需要使用外部繼電器來連接電機抱閘電纜。

3、SINAMICS V90 PTI 驅(qū)動必須通過設(shè)定值電纜連接繼電器，而 SINAMICS V90 PROFINET 驅(qū)動通過 I/O 電纜連接繼電器。

4、必須使用 I/O 電纜來實現(xiàn) SINAMICS V90 PROFINET 200 V 驅(qū)動的抱閘控制，并實現(xiàn)除 PROFINET 通訊之外需要額外 DI/DO 的應(yīng)用。

來源：電力實事

審核編輯：符乾江