伺服技术是什么意思

伺服是什么~

“伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思。英文servo。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名——伺服系统。参考http://baike.baidu.com/view/267111.htm

servo，伺服的意思，伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统和气动伺服系统。用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。

伺服系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：①以小功率指令信号去控制大功率负载。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。②在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动。③使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。

衡量伺服系统性能的主要指标有频带宽度和精度。频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大，快速性越好。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大，带宽越窄。一般伺服系统的带宽小于15赫，大型设备伺服系统的带宽则在1～2赫以下。自20世纪70年代以来，由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，使带宽达到50赫，并成功应用在远程导弹、人造卫星、精密指挥仪等场所。伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度。因此，在伺服系统中必须采用高精度的测量元件，如精密电位器、自整角机和旋转变压器等。此外，也可采取附加措施来提高系统的精度，例如将测量元件（如自整角机）的测量轴通过减速器与转轴相连，使转轴的转角得到放大，来提高相对测量精度。采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统。通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道，直接取自转轴的测角线路称粗读数通道。

　　随着信息、通讯与自动化技术的发展，种类繁多的自动控制装置逐渐进进了人们的日常生活。网络通讯技术不仅为人们提供了方便的通讯手段，实际上也为各式各样的电子装置提供了简易可靠的通讯渠道，借助于新式的网络通讯技术与计算功能强大的数字信号处理器芯片（DSP），可以开展出多种具有基本智能的信息家电设备（smart information appliance），例如可以帮助清洁工作的机器人、可供娱乐的电子机械宠物等等。这些结合机械、电子、通讯、控制、信息技术融合装置的核心部分就是具有网络界面的伺服系统控制器（network servo controller）。伺服技术已广泛的应用于我们的日常生活，例如光碟机光学读取头的伺服控制、远控飞机的机翼控制、数字相机的自动对焦控制、具有影像追踪功能的网络摄像监控系统、汽车自动驾驶等等，伺服系统涉及范围涵盖广泛，多学科交叉色彩浓厚。
　　
　　伺服系统—－机电一体化关键技术
　　
　　“伺服机构系统”源自servomechanism system，系指经过闭环控制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统。一个伺服系统的构成通常包含被控对象（plant）、驱动器（actuator）、控制器（controller）等几个部分，被控对象系指被控制的物体，例如一个机械手臂，或是一个机械工作平台。驱动器的功能在于主要提供被控对象的动力，可能以气压、液压、或是电力驱动的方式呈现，若是采用液压驱动方式，一般称之为液压伺服系统。目前尽大多数伺服系统采用电力驱动方式，驱动器包含了电机与功率放大器，特别设计应用于伺服系统的电机蒙古自治区称之为伺服电机（servo motor），通常内部含有位置反馈装置，如光电编码器（optical encoder）或是旋转变压器（resolver），目前主要应用于产业界的伺服电机包括直流伺服电机、永磁交流伺服电机和感应交流伺服电机，其中又以永磁交流伺服电机占尽大多数。控制器的功能在于提供整个伺服系统的闭环控制，如转矩控制、速度控制和位置控制等。目前一般产业用伺服驱动器（servo drive）通常包含了控制器和功率放大器。
　　
　　一个传统伺服机构系统的组成如图1所示，伺服驱动器主要包含功率放大器与伺服控制器，伺服控制器通常包含速度控制器与转矩控制器，电机通常提供模拟式的速度反馈信号，控制界面采用±10V的模拟信号，经过外回路的模拟命令，可直接控制电机的转速或转矩。采用这种伺服驱动器，通常必须再加上一个位置控制器（position controller）才能完成位置控制。图2所示是一个现代的伺服机构系统结构图，其中的伺服驱动器包含了伺服控制器与功率放大器，伺服电机提供高分辨率的光电编码器反馈信号。

　　多轴运动控制系统
　　
　　精密伺服系统多应用于多轴运动控制系统，如产业机器人、数控机床、电子零件组装系统、PCB自动插件机等等。图3所示是一个运动控制平台的方块图，工作对象的位置控制可通过平台的移动来实现，平台位置的检测有两种方式，一种是由伺服电机本身所安装的光电编码器，由于是以间接的方式反馈工作对象的位置，再通过闭环控制达到位置控制的目的，因此也称之为间接位置控制（indirect position control）。另一种方式是直接将位置传感组件安装在平台上，如光学尺、激光位置检测计等等，直接反馈工作对象的位置，再通过闭环控制达到位置控制的目的，称之为直接位置控制（direct position control）。

　　一个多轴运动控制系统由高阶的运动控制器（motion controller）与低阶的伺服驱动器（servo driver）所组成，运动控制器负责运动控制命令译码、各个位置控制轴彼此间的相对运动、加减速轮廓控制等等，其主要关键在于降低整体系统运动控制的路径误差;伺服驱动器负责伺服电机的位置控制，主要关键在于降低伺服轴的追随误差。图4所示是一个双轴运动控制系统的简化控制方块图，在一般的情况下X-轴与Y-轴的动态响应特性会有相当大的差异，在高速轮廓控制时（contouring control）会造成明显的误差，因此必须设计一个运动控制器以整体考虑的观点来解决这个题目。

　　网络分布式伺服系统
　　
　　随着网络通讯技术的进步，采用实时网络通讯技术的伺服系统也随之发展，图5所示是利用SERCOS实时通讯网络技术（real-time network communication）所发展的网络控制分布式伺服系统，目前已有多种采用不同通讯协议的分布式运动控制系统，如SERCOS、Real-Time Ethernet、Real-Time CAN bus。应用高速网络技术于分布式伺服系统有很多优点，诸如更灵活的系统应用、更佳的系统整合控制效果等等。

　　基于以太网的运动控制联网技术
　　
　　2003年初，当第三代SERCOS和PROFInet工作组为今后的运动控制联网技术提出解决方案时，他们建议采用以太网作为伺服驱动联网的基础，促使伺服驱动系统的性能明显地提升。这两个工作组都声称，对于高性能运动控制应用来说，标准的以太网技术可作为下一代版本的物理层——以及作为高性能运动控制应用的兼容协议。
　　
　　在2003年汉诺威展览会上，PROFIBUS国际组织（http://www.profibus.com/）公布，该组织在PROFInet 3.0 IRT版本基础上，开始为高动态运动控制应用开发一个高性能的实时解决方案，这个解决方案采用标准的以太网媒介，可兼容的协议以及能嵌进交换机和协议的ASIC（专用集成电路），从而保证实时性和确定性。
　　
　　同样在2003年汉诺威展览会上, SERCOS公布，已开始开发下一代SERCOS（NGS）协议，以进一步改善SERCOS接口标准，该协议将引进产业以太网技术。
　　
　　以太网应用于运动控制领域
　　
　　以太网在运动控制领域应用的最大优点是硬件、电缆投资本钱低，以及作为事实上的标准，而在培训、灵活性、被人熟悉程度等方面所拥有的好处。以太网在商务领域是标准网络，在几乎每家公司的所有PC上广泛应用。在制造业领域，以太网的应用也在增长，很多公司已经建立了维护与支持的基础设施以有效地配置与治理这些网络。
　　
　　以太网在运动控制领域应用的最大障碍是其如何克服在实时性能上天生的缺陷，保障确定性所需的额外硬件本钱，星型网络拓扑的局限性及特定的实施是否能提供互操纵性的题目。FireWire（IEEE-1394）作为运动控制联网协议的基础，其拥护者已经设立IEEE-1394标准，内建确定性的FireWire标准芯片集支持实时应用。
　　
　　第三代SERCOS
　　
　　新的SERCOS标准由包含SERCOS组织各会员公司成员的不同的工作组开发。在2003年德国SPS/IPC/DRIVES展上，其开发计划向业界公布，随后SERCOS组织还将致力于芯片级的技术开发。SERCOS的会员公司经过细致的市场调查，以为融合以太网和SERCOS的定时机制将导致一种鲁棒强、耐用和本钱低有吸引力的运动控制联网技术。第三代SERCOS是采用以太网技术标准来扩展现有的SERCOS标准。所有节点（控制器、驱动器和I/O）不是连接到传统的环形拓扑结构上，就是连接到总线拓扑结构上。一个专用的、无冲突的实时通道用于硬实时通讯，另一个附加的IP通道可以和实时通道并行地配置。这两种通道都采用标准的以太网框架，一个专用的控制器芯片负责实时通道通讯量和IP通道通讯量之间的切换，并保证所有连接节点的硬同步。第三代技术保持所有已被证实有效的SERCOS机制，例如行之有效的协议，硬件同步以及独特的运动控制协议行规，主要的增强功能是用于传输异步数据的附加IP通道（维护、诊断等信息）以及网络节点之间直接通讯（交叉通讯）的可能性。一个附加的改进是定义冗余机制，当采用环形拓扑结构时，可实现这个机制。例如，一根电缆断开时，这种冗余机制为通讯提供可选择的路径，从而“无扰动”地恢复通讯功能。
　　
　　SERCOS的性能
　　
　　使用高效的SERCOS协议并结合高带宽的快速以太网，SERCOS工作组声称，运动控制网络的性能将是引人注目的，预期的性能是在一个单独的网络上最多可支持150个驱动器，其更新的速率为500μs（取决于每个驱动器的数据量和配置的IP通道的规模）。性能的进步有助于实现信号集中处理的多轴驱动方案（16个驱动器，其更新的速率为62.5μs）。SERCOS组织还声称，第三代SERCOS将是一个本钱很低，但效率相当高的新技术，所需要只是一个专用集成电路芯片，以太网连接器以及布线。不需要任何附加的以太网部件如网桥、路由器或交换机（这些会明显地增加本钱）就能实现硬实时性能，所有这些使第三代SERCOS即使对“低本钱设备”亦是颇具吸引力的。SERCOS将继续支持光纤接线，可以使控制驱动器运行的对干扰敏感的控制器不受电机产生的电磁干扰的影响。对运动控制而言，下一代SERCOS网络将采用CAT5级别的电缆作为物理媒介，网络的其余部分是混合的以太网技术，但是有一定数目的SERCOS环形拓扑结构以及位于该以太网媒介顶部的其他配置属性。新的SERCOS体系结构将提供不同的模型，而不是只通过带宽来解决题目，利用时间服务的优点可以在一个时间同步化的网络上，实际上获得比在-超高速网络上能得到的更佳的性能和高可靠性。
　　
　　伺服系统协同整合技术
　　
　　伺服系统具有协同技术（synergy technology）的本质。伺服系统设计必须整合多项关键技术，如自动控制、运动控制、数字控制、电机控制、电力电子、微处理器软硬件设计等等，伺服系统设计工程师必须针对系统的应用需求，整合多项不同的技术，而这一系统整合的特质，会随着微电子技术的进展，更明显的以“实时多任务柔性控制技术”的方式呈现。伺服系统的整合过程如图6所示。

　　伺服系统分层控制结构
　　
　　伺服系同一般包括多个控制环路，如电流环，速度环，位置环等。这些环路的动态相应（频带宽度）不同，环路的作用也不同。因此，可以根据这些特点，将不同的环路在软硬件设计上进行分层处理，按照系统工程的思想，选择公道的硬件结构和相应的控制策略，使整个系统达到较高的性能/价格比。伺服系统的分层式控制结构如图7所示，伺服系统的闭环多回路控制结构如图8所示，现代伺服系统的分层式控制接口示意图如图9所示。

　　伺服机构理论（servomechansim theory）起源于二次世界大战期间，美国国防部为了发展具有自动控制功能的雷达追踪系统，委托麻省理工学院发展机械系统的闭环控制技术，这一发展奠定了后来伺服机构理论的基础。微处理器的发展，不仅带动了信息产业的发展，也间接带动了伺服驱动技术的发展。通用型伺服驱动器的系统结构与典型闭环控制系统的方块图分别如图10 、11 所示。

　　实际的伺服系统通常采用闭环多回路控制结构，如图12～15所示。此种控制结构，具有先天的解耦控制效果，可以分层负责完成一个伺服系统中所需要的位置、速度、加速度控制。

　　数字伺服控制技术的发展
　　
　　随着高性能微处理器、数字信号处理器的发展，数字伺服控制技术已成为产业伺服系统的主流。数字电机控制技术的演变过程如图16 所示。

　　DSP数字伺服控制技术的发展
　　
　　DSP可视为一个具有强大计算能力的微处理器，凡是微处理器可以应用的场合，如需要更快速的计算能力，则可考虑使用DSP。但值得留意的是，单芯片微控器（microcontroller）已广泛应用于产业控制领域，其关键主要在于完整的I/O界面，而一般的DSP并不具备这些功能。但近年来，已发展出特别针对伺服电机控制的单芯片DSP控制器，例如德州仪器的TMS320F24xx、TMS320F2812等等，不仅计算性能强大、具备电机控制所需要的I/O界面，同时价格也相当便宜，因此直接带动了以DSP为核心的DSP数字电机控制技术的发展。以DSP为核心的伺服系统解决方案如图17所示。

　　在产业控制的应用领域，如机器人控制、磁盘驱动器与光驱的控制、伺服控制等，采用DSP来实现数字控制器的主要着眼点在于其快速的计算能力。由于DSP的快速计算能力，可以实现具有适应能力的伺服系统，采用DSP来实现需要复杂计算的数字控制系统，以达到高性能控制系统的需求将成为未来的发展趋势。
　　
　　关键技术包括:
　　
　　·以单芯片DSP为核心的数字伺服控制技术;
　　
　　·实时网络通讯技术应用于数字运动控制系统;
　　
　　·适应型伺服控制技术;
　　
　　·可程序数字式伺服控制IC的发展 。
　　
　　计算机辅助伺服系统设计
　　
　　由于伺服系统设计包含多项不同技术的整合，因此也使得其设计过程显得更为复杂。如何利用计算机辅助设计与实时在线控制仿真成为现代伺服系统设计的重要方法。伺服电机驱动系统的计算机辅助设计方案如图18所示。
　　
　　关键技术包括:
　　
　　·DSP结合MATLAB/SIMULINK的系统化设计方法与实现技术;
　　
　　·实时在线控制模拟;
　　
　　·计算机辅助伺服系统设计工具的开发。
　　
　　伺服系统设计的一些实际题目
　　
　　一个现代伺服系统的设计包含了机械设计、电机控制、电力电子、伺服控制、运动控制、程序设计、网络通讯协议、噪声抑制、实际应用等技术与经验，其核心技术在于整合微电子与电力电子技术实现伺服控制技术。
　　
　　一些重要的实际设计考虑应包括如下几个方面:
　　
　　·高分辨率光电编码器的接口电路设计;
　　
　　·如何从增量反馈信号计算转速;
　　
　　·伺服系统的频宽要求;
　　
　　·功率放大器电压输出与电流输出对伺服系统频宽所造成的限制;
　　
　　·数字伺服系统采用定点或是浮点运算;
　　
　　·控制回路取样频率的选择;
　　
　　·电流反馈信号的取样方式与ADC转换器的分辨率要求。
　　
　　结语
　　
　　任何会动的东西都需要控制，电力驱动仍将是未来主要的驱动方式，随着微机电、电力电子、网络通讯技术的发展，各种形式的微型电机将可以通过有线的、无线的、电力线的网络通讯技术予以连接，伺服技术将进一步结合微电子与电力电子技术以柔性控制的方式呈现，伺服技术的发展也将朝向单芯片控制、智能控制、网络联机的方向发展，未来智能型电子宠物、家庭机器人的市场需求，将进一步促进伺服技术的发展，具有网络接口智能型伺服控制芯片是一个值得投进研发的领域。

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孝义市19280947367： 伺服电机 伺服具体指什么 ,要具体的,最好举例？
雪炎叶酸： 伺服:一词源于希腊语“奴隶”的意思.人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具,服从控制信号的要求而动作.在讯号来到之前,转子静止不动;讯号来到之后,转子立即转动;当讯号消失,转子能即时自行停转.由于它的“伺服”性...

孝义市19280947367： 伺服与变频器究竟有什么区别 - ？
雪炎叶酸： 一、伺服的基本概念是准确、精确、快速定位.变频是伺服控制的一个必须的内部环节,伺服驱动器中同样存在变频(要进行无级调速).但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制,这是很大的区别.除此外,伺服电机的构造与普通电...

孝义市19280947367： 什么是数控伺服系统? - ？
雪炎叶酸： 数控伺服系统它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节.主要由伺服电动机、驱动控制系统及位置检测反馈装置等组成.伺服电动机是系统的执行元件,驱动控制系统则是伺服电动机的动力源.数控系统发生的指令信号与位置检测反馈信...

孝义市19280947367： 机电专业是学些什么东东? - ？
雪炎叶酸： 机电一、机电一体化的含义 日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念,当时他们取名为“Mechatronics”,即结合应用机械技术和电子技术于一体.随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未...

孝义市19280947367： 什么叫伺服长线驱动输入 - ？
雪炎叶酸： 伺服长线驱动输入的意思是采用伺服驱动输入,差分驱动的方式(长线). 伺服驱动技术作为数控机床、工业机器人及其它产业机械控制的关键技术之一,在国内外普遍受到关注.在20世纪最后10年间,微处理器(特别是数字信号处理器——DSP)技术、电力电子技术、网络技术、控制技术的发展为伺服驱动技术的进一步发展奠定了良好的基础.如果说20世纪80年代是交流伺服驱动技术取代直流伺服驱动技术的话,那么,20世纪90年代则是伺服驱动系统实现全数字化、智能化、网络化的10年.这一点在一些工业发达国家尤为明显.

孝义市19280947367： 人工智能伺服自动对焦是什么意思? - ？
雪炎叶酸： 这貌似是佳能的专利技术,在其他厂家那里叫预测对焦,和普通的对焦方式区别如下:单次自动, 必须把画面中心的对焦点对准你想拍摄的东西,比如人,或者你想要的焦点所在的位置,半按快门对焦,然后不松开,进行画面构图.多用于你想自己决定焦点,适用于相机难以确定焦点的情况或者你自己习惯于自己选择焦点.但是不太适合拍摄运动 .人工智能自动对焦 则无需先对焦在构图,只需构图,对焦,再拍摄而已.可以自动判断何处应该是焦点,加以对焦.最傻瓜的用法.人工智能伺服自动对焦.针对移动主体持续进行自动对焦的自动对焦模式.该模式能够判断主体接下来的运动,使您在拍照时能够正确对焦.也可以称之为焦点预测自动对焦.适用于运动物体.

孝义市19280947367： 伺服压力机的优势是什么? - ？
雪炎叶酸： 一、伺服压力机的伺服技术 伺服压力机采用单个或多个伺服电机,控制系统采用计算机控制,利用数字化及反馈控制技术,而且现代伺服压力机工艺适应性强、噪音小、能耗低,能大幅提升生产效率. 经过多年的发展,伺服技术已经在压力机...

孝义市19280947367： 人工伺服是什么意思 - ？
雪炎叶酸： 你好;首先我不是大师,这里我只能告诉你人工智能伺服的对焦方式应该是只有中间一个对焦点其他对焦点是没有的.再有该焦点就应该对准是你所需要拍照的活动对象,一旦对象出了对焦点,那对焦点所对焦就不是了,也就是说你所要拍照的对象与相机没有配合好,是你操作跟不上呀.好吧.

孝义市19280947367： 求这几个名词解释, 数控、轮廓插补、脉冲当量、伺服系统 - ？
雪炎叶酸： 1、数控是数字控制的简称,数控技术是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法. 2、机床数控系统的核心技术之一是插补技术,在已知运动轨迹的起点与终点坐标、轨迹的曲线方程,由数控系统实时地计算出各个中间点坐...

孝义市19280947367： 伺服电机工作原理和变频器加普通交流电机的工作原理有什么区别? - ？
雪炎叶酸： 1、伺服电机和变频器加普通交流电机的工作原理基本相同,都是属于交直交电压型电机驱动器,只是技术指标要求差别大,所以在电机和驱动器设计方面有很大的差别.2、伺服系统主要用于需要快速跟踪、超宽的调速范围、精确定位、超低速...