伺服控制系统有哪些分类和优势？伺服电机在雕刻机上应用介绍！

伺服控制系统有哪些分类和优势？伺服电机在雕刻机上应用介绍！

伺服控制系统作为现代工业生产设备的控制系统之一，是工业自动化不可缺少的基础技术。位置伺服控制系统，一般是以足够的位置控制精度(定位精度)、位置跟踪精度(位置跟踪误差)和足够快的跟踪速度作为它的主要控制目标。系统运行时要求能以一定的精度随时跟踪指令的变化，因而系统中伺服电动机的运行速度常常是不断变化的。故伺服系统在跟踪性能方面的要求一般要比普通调速系统高且严格得多。由于直流电动机存在电刷和换向器的限制，以及直流伺服系统生产、维护成本高。伴随着新的控制器件和电机控制方法的出现，伺服系统的已经广泛地替代了直流伺服系统。下面 小编为您介绍伺服电机的分类及优势。

1伺服系统分类

伺服系统根据处理信号的方式不同，大致可以分为数字模拟混合式伺服、模拟式伺服和全数字式伺服；若根据所使用的伺服电动机的种类不同，又可分为三种：一种是用永磁同步伺服电动机构成的伺服系统，包括方波永磁同步电动机（无刷直流机）伺服系统和正弦波永磁同步电动机伺服系统；另一种是用鼠笼型异步电动机构成的伺服系统。二者的不同之处在于永磁同步电动机伺服系统中需要采用磁极位置传感器而感应电动机伺服系统中含有滑差频率计算部分。若采用微处理器软件实现伺服控制，可以使永磁同步伺服电动机和鼠笼型异步伺服电动机使用同一套伺服放大器。

2伺服电机的优势

步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式伺服系统的出现，伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。主要存在以下几点区别。

（1）控制精度不同

伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

（2）矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

（3）低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。

（4）运行性能不同

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

（5）速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。伺服系统的加速性能较好。

伺服电机应用在雕刻机上

雕刻机是广泛地应用于广告业、工艺业、模具业、建筑业、印刷包装业、木工业、装饰业等，对亚克力板、PVC板、芙蓉板、双色板、木工板、密度板、大理石、防火板、橡胶板、玻璃等进行雕铣加工的数控设备。 雕刻机按照加工材料与用途，可分广告雕刻机、木工雕刻机、石材雕刻机、模具雕刻机、 玻璃雕刻机等类型。木工雕刻机是雕刻机中应用最多的一种，主要在木制的半成品上雕铣图案文字，制作成更有艺术价值和欣赏价值的家具。适用于立体波浪板加工、橱柜门、实木门、工艺木门、免漆门，屏风和工艺扇窗加工产品的辅助加工。

雕刻机的电机要求——高转速：3000rpm；小功率：200W、400W、750W；低转动惯量；小惯量电机；低惯量比：0.5～2倍；高反馈分辨率：17位、20位、22位

雕刻机的驱动要求——高增益、高稳定性；频率特性分析：幅频、相频、裕度；陷波滤波器：多频点、频点自适应；转动惯量辨识。

伺服电机在雕刻机中的应用问题——参数适用度：对于批量生产的相同型号和规格的雕刻机，一套伺服参数必须适用于同一批次的所有雕刻机；伺服自身运行/响应特性的一致性和稳定性是基础；不能指望仅仅依靠伺服电机解决所有问题，雕刻机机械特性的一致性是保证参数适应性的根本。

高分辨率编码器源自雕刻机对性能的要求——欧美数控早已采用每转400万、800万以至1600万以上反馈分辨率，4096～16384倍细分；海德汉伺服用编码器25位分辨率和14位细分；FANUCαi系列伺服标配100万线反馈分辨率，可选1600万（配合30i系统支持纳米插补），βi标配17位；三菱数控专用HF系列伺服电机低配18位，标配100万，选配1600万（配合M700数控系统支持纳米插补）；国内数控企业近几年也开始认识和重视高反馈分辨率的实用价值。

伺服电机在雕刻机中的应用展望

1）数控专用伺服：数控系统+总线+共直流母线的模块化驱动器；上位闭位置环、速度环，甚至电流环

2）模块化驱动器：集中供电电源模块＋伺服驱动模块＋主轴驱动模块；共直流母线、共控制供电；（串行）实时总线互联；书本式紧凑安装；穿墙式后置散热，液冷背板散热。

3）数控专用伺服高性能化：高速、高精度电流环；高反馈分辨率；环路频响/稳定性；全闭环、龙门同步

4）通用伺服电机多功能化：总线接入能力；编码器接入能力；功能集成，电子齿轮（相位追踪补偿）、电子凸轮、内置PLC/单轴控制器；安全功能。