來源：運控CMCIA

伺服的控制術語有很多：閉環控制、半閉環控制、開環控制，速度環、電流環、位置環，很多朋友相信沒有弄清楚，今天就為大家詳細解答一下，伺服的控制模式是怎樣的，該怎樣系統的掌握這一塊。

控制系統的控制類型

開環控制：沒有檢測裝置，或者不反饋機床的位移量到控制器。就位置控制而言，指令信號形式多為pulse。

半閉環控制：檢測裝置安裝伺服電機上，間接反饋機床的位移量到控制器，不考慮機械誤差。

全閉環控制：檢測裝置安裝機床本體上，直接反饋機床的位移量到控制器。

后二者，就位置控制而言指令信號形式多為模擬量電壓。

控制模式種類：

伺服放大器三種控制方式

1.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

2.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

3.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。——位置環控制

位置控制模式

位置控制的區分：

1.半閉回路控制Ⅰ「馬達軸端檢出」

2.半閉回路控制Ⅱ「減速機端檢出」

3.全閉回路控制「機械位置檢出」

使用AC伺服馬達用于位置控制，一般是指由與伺服馬達軸心一體化的位置檢出器 (編碼器、角度檢測器等) 取得回授訊號，當與位置指令量一致時，使馬達軸停止之控制，并執行伺服鎖定之機能(SERVO LOCK)。

適用于位置控制

AC 伺服馬達用于位置控制，以用途分別可區分為2大項

位置環的作用：

定位指令通常以脈沖列形式輸入，脈沖總數為定位量，定位速度是單位時間(秒)的脈沖量。(PPS：Pulse/Second)

輸入的脈沖量與反饋的脈沖數量相一致時，這才實現定位完了。

在位置控制部中，因為有輸入脈沖的加算、反饋脈沖的減算，所以有一個計數器。(也稱偏差計數器)

位置控制時：工控機及上位控制器發出位置指令信號，脈沖+方向，送入脈沖列，經伺服電子齒輪分頻后，在偏差可逆計數器中與反饋脈沖信號比較后形成偏差信號，反饋脈沖是由光電編碼器檢測到電機實際所產生的脈沖數。經四倍頻后的，位置偏差信號經位置環的復合前饋控制器調節后，形成速度指令信號，速度指令信號與速度反饋信號比較后的偏差信號經速度環比例積分控制器調節后產生電流指令信號，在電流環中經矢量變后，由SPWM輸出轉矩電流，控制交流伺服的運行，位置控制精度由光電編碼器每轉產生的脈沖數控制，有絕對與增量兩種，增量的易于掌握，平均壽命長，分辨率高，但斷電后無保持。

速度控制模式

AC伺服馬達與其它一般的可變速裝置：(變頻器、直流馬達等)一樣，運轉速度可變換。其特長：

a.緩起動、停止機能：加減速時產生的沖擊，加速及減速的變動率。

b.廣大的速度控制范圍：從低速至高速之間的控制范圍(1：1000 ～ 5000)速度控制范圍內、定轉矩特性。

c.速度變動率小：即使負載變動，速度依然不會有太大的改變產生。

轉矩控制模式

AC伺服馬達以電流做高精度的輸出轉矩控制。一般的用途為位置控制或速度控制時依速度偏差的結果所做電流控制。或由外部直接控制電流值、亦可控制馬達的輸出轉矩如絞布機械等張力控制即可運用。

A.張力控制時，卷取的滾輪半徑越大時、負載轉矩相對增加。伺服馬達的輸出轉矩相對增加。

B.卷取途中材料切斷時，負載瞬間變輕，但馬達高速回轉，此時伺服馬達的輸出轉矩減少。

伺服的性能評價(增益調整)

評價伺服的應答性，指令輸入后輸出的情況(電機如何轉動)，使用回路增益這個用語就是GAIN，獲得和利益的意思，是輸入和輸出之比所解釋的技術術語，現在直接使用增益來表示。伺服增益是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。

機械本身的結構對伺服增益的調整有重要影響，如果機械本身的剛性比較好(磨床絲桿傳動)，伺服的相關增益則可以設置較高。如果機械本身的剛性偏柔(料道同步帶)，伺服的相關增益則設置的不要太高。

伺服速度、位置增益參數關系及總的調試思路：最內環(電流環)的反應速度最快，中間環節(速度環)的反應速度必須高于最外環(位置環)。如果不遵守此原則，將會造成電機運轉的震動或反映不良。伺服驅動器的設計可盡量確保電流環具備良好的反應性能，故用戶只需調整位置位置環、速度環的增益即可。

位置環的反應不能快于速度環的反應。因此，若需增加位置環的增益，必須先增加速度環的增益。如果只增加位置環的增益，電機很可能產生震動，從而將會造成速度指令及定位時間的增加，而非期望的減少。

速度環增益

增大速度環比例增益，則能降低轉速脈動的變化量，提高伺服驅動系統的硬度，保證系統穩態及瞬態運行時的性能。但是在實際系統中，速度環比例增益不能過大，否則將引起整個伺服驅動系統振蕩。

速度環參數調節與負載慣量的關系：

當負載對象的轉動慣量與電動機的轉動慣量之比較大，以及負載的摩擦轉矩比較大時，宜增大速度環比例增益和速度環積分時間常數，以滿足運行穩定性的要求。

當負載對象的轉動慣量與電動機的轉動慣量之比較小，以及負載的摩擦轉矩較小時，宜減小速度環比例增益和速度換積分時間常數，保證低速運行時的速度控制精度。

位置環增益

位置環增益與伺服電機以及機械負載有著密切的聯系，通常伺服系統的位置環增益越高，電機速度對于位置指令響應的延時減小，位置跟蹤誤差愈小，定位所需時間 越短，但要求對應的機械系統的剛性與自然頻率也必須很高。而且當輸入的位置突變時，其輸出變化劇烈，機械負載要承受較大的沖擊。此時，驅動器必須進行升降 速處理或通過上位機用編程措施來緩沖這種變化。

當伺服系統位置環增益相對較小時，調整起來比較方便，因為位置環增益小，伺服系統容易穩定，對大負載對象，調整要簡單些。同時，低位置環增益的伺服系統頻 帶叫窄，對噪音不敏感。因此，作為伺服進給用時，位置的微觀變化小，但低位置環增益的伺服系統位置跟蹤誤差較大，進行輪廓加工時，會在軌跡上形成加工誤差。

1.相對運動：必需對位置值加以計算，點動運行、往返運動一定位置量的控制系統。

2.絕對運動：直接下達位置值，可用于XY軸、table等，一般的機械均可使用。于指令程序中較為簡便。

審核編輯：湯梓紅