如今，随着技术的不断成熟，交流伺服电机技术凭借其优异的性价比，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。交流伺服系统技术的成熟也使得市场呈现出快速的多元化发展，并成为工业自动化的支撑性技术之一，伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统控制精度高，应用范围广，多种可调节模式控制的优点。 本文首先对伺服驱动系统的原理以及伺服可实现功能，其次介绍了伺服电机的参数以及可以控制电机实现什么样的功能，后续介绍了伺服在工业机器人上的一些应用与故障上如何处理。
目录
引言 1
一、伺服电机的介绍 2
（一）伺服驱动器的组成 2
（二）伺服驱动器原理 3
（三）伺服的可实现功能 4
二、伺服的应用 4
（一）伺服的应用领域 4
（二）伺服驱动器的调试 6
（三）伺服常用参数说明 7
三、伺服在机器人上的应用 8
（一）伺服在机器人上的作用 8
（二）机器人对伺服的要求 8
四、伺服的通讯与故障处理 10
（一）伺服与上位机的几种通讯 10
（二）伺服的几种通讯案例 10
（三）伺服的故障处理与解决方法 13
总结 14
致谢 15
参考文献 16
引言
伺服（Servo）是ServoMechanism一词的简写，来源于希腊，其含义是奴隶，顾名思义，就是指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，而其中的运动要素包括位置、速度和力矩等物理量。回顾伺服系统的发展历程，从最早的液压、气动到如今的电气化，由伺服电机、反馈装置与控制器组成的伺服系统已经走过了近50个年头
如今，随着技术的不断成熟，交流伺服电机技术凭借其优异的性价比，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。交流伺服系统技术的成熟也使得市场呈现出快速的多元化发展，并成为工业自动化的支撑性技术之一。
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国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为三相永磁交流系统与直流伺服的系统。
表1 伺服电机与传统电机对比
伺服电机与传统电机相比
伺服电机：1工作效率高
2安装精度较高
3可通过软件控制避免了危险环境工人受到伤害
4内部可以自我调节计算
传统电机：1成本高
2耗费人力物力
3精度差，对高精度工艺无法满足
5无算法，只能固定跑相应频率
伺服驱动的作用：
在一些自动化工业场合中，对于电机的控制上需要达到一定的精准度，以小功率指令控制信号去控制大功率负载在没有机械连接的情况下输入轴控制位于远处的输出轴,实现远距同步传动使输出机械位移精确地跟踪电信号。
目前我国伺服市场仍处于成长阶段，增长空间较大，且已成为全球伺服增速最快的市场。我国伺服产品真正普及应用时间仅有13年，尚处于成长阶段，且伴随伺服系统逐渐成为工业自动化最重要的控制和执行机构之一，在机床工具、纺织机械、印刷机械和包装机械等领域已经得到广泛应用，同时随近几年工业机器人、电子制造设备等产业的迅速扩张，伺服系统在新兴产业的应用规模增长迅速，整体市场规模增长空间较大。2016年我国伺服系统市场规模已经达到134亿元，如果加上系统集成环节整体市场规模已经接近750亿元，20102016年我国伺服市场（伺服驱动+电机）CAGR达到20%。相比之下，2016年全球伺服驱动+电机市场规模在650亿元左右，在中国市场达到广泛的应用。
一、伺服电机的介绍
（一）伺服驱动器的组成
1、伺服系统组成：大体组成上可分为：伺服、电机、编码器。伺服设备结构如图所示，由操作面板、网线端口、控制端子、扩展卡槽、三相输入和输出组成。
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图11 伺服电机面板
表11 伺服电机面板器件及作用
器件
作用
操作面板
主要用于读写伺服驱动参数，显示伺服当前状态。
网线端口
与上位机或后台操作软件之间的连接与通讯。
控制端子
端子为外部控制伺服使能将伺服功能通过端子进行控制
扩展卡槽
用于扩展控制模块和拓展通讯模块
三相输入输出
输入为RST主要用于给伺服供主电输出为UVW主要连接电机。
2、电机
三相异步交流电机：用于拖动负载，带动轴。
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图12 电机
3、编码器：
主要用于反馈电机的实际速度，伺服內部含有对速度自调节的计算方法可以通过编码器的反馈来自我调节电机的实际频率。
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图13编码器
（二）伺服驱动器原理
伺服内部控制主要有三环来控制，分别是电流环、速度环、位置环，数据与结果则是通过电子齿轮与脉冲的多少进行计算。
其中三者的关系为包含关系，位置环为最外环，此环路用来检测由控制器所输出位置指令后，伺服电机是否移动到上位机发送的位置指令。相对于位置指令值，当检测值过大或者过小时控制伺服马达移动其误差值部分，达到定位的目的，位置控制模式下系统进行了所有三个环的运算，此时的运算量比较打，动态的相应速度相对来说是最慢的。
速度环为次内环，通过检测电机编码器的反馈信号来进行PID自我计算调节，PID的输出就是电流环的设定，所以速度环在控制时就包含了电流环，在次中任何模式都需要电流环来配合。/
图14 PID调节流程
最内环为电流环，它完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔传感器给电机的各项的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流接近设定电流，电流环是控制根本，也是伺服的控制基础，即电子齿轮比。

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