[URL=伺服来自英文单词Servo，用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制管理系统称为伺服系统，又称随动系统。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。 在20世纪60年代，伺服控制技术 开始应用在直流调速中，通过若干分立半导体元器件及其电路板来进行力矩、速度等的闭环控制，通过调整若干个可调电阻、电容、电感元件来实
行部件使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。为了更好的提高数字控制机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度。其中以编码 器，光栅尺，旋转变压器，测速发电机等比较普遍，下面主要对光栅和编码器进行说明。光栅,现代光栅测量技术简要介绍：将光源、两块长光栅 （动尺和定尺）、光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。光栅尺输出的是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化 一个周期，它是通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。目前使用的光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90度的2 路方波信号，二是相位依次相差90度的4路正弦信号。这些信号的空间位置周期为W。下面针对输出方波信号的光栅尺进行了讨论，而对于输出正弦 波信号的光栅尺，经过整形可变为方波信号输出。输出方波的光栅尺有A相、B相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周 期相同，均为W，相位差90o。Z信号可当作较准信号以消除累积误差。一、栅式测量系统简述 从上个世纪50年代到70年代栅式测量系统从感 应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合了起来，测量单位不是像 激光一样的是光波波长，而是通用的米制（或英制）标尺。它们有各自的优势，相互补充，在竞争中都得到了发展。由于光栅测量系统的综合技术 性能优于其他4种，而且制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展得最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。光栅在栅式 测量系统中的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨力已覆盖微米级、亚微米级和纳米级，测量速度从60m/min，到480m/min。测量长度从 1m、3m达到30m和100m。 二、光栅测量技术发展的回顾 计量光栅技术的基础是莫尔条纹（Moire fringes），1874年由英国物理学家 L.Rayleigh首先提出这种图案的工程价值，直到20世纪50年代人们才开始利用光栅的莫尔条纹进行精密测量。1950年德国Heidenhain首创DIADUR复 制工艺，也就是在玻璃基板上蒸发镀铬的光刻复制工艺，这才能制造高精度、价廉的光栅刻度尺，光栅计量仪器才能为用户所接受，进入商品市 场。1953年英国Ferranti公司提出了一个4相信号系统，可以在一个莫尔条纹周期实现4倍频细分，并能鉴别移动方向，这就是4倍频鉴相技术，是光 栅测量系统的基础，并一直大范围的应用至今。 德国Heidenhain公司1961年开始开发光栅尺和圆栅编码器，并制造出栅距为4µm（250线线/转的圆光栅测量系统，能实现1微米和1角秒的测量分辨力。1966年制造出了栅距为20µm（50线/mm）的封闭式直线年代又推出AURODUR工艺，是在钢基材料上制作高反射率的金属线纹反射光栅。并在光栅一个参考标记（零位）的基础上增加了距离编码。 在1987年又提出一种新的干涉原理，采用衍射光栅实现纳米级的测量，并允许较宽松的安装。1997年推出用于绝对编码器的EnDat双向串行快速连 续接口，使绝对编码器和增量编码器一样很方便的应用于测量系统。现在光栅测量系统已十分完善，应用的领域很广泛，全世界光栅直线万件左右，其中封闭式光栅尺约占85%，开启式光栅尺约占15%。 三、当今采用的光电扫描原理及其产品系列 光栅根据形成 莫尔条纹的原理不同分为几何光栅（幅值光栅）和衍射光栅（相位光栅），又可根据光路的不同分为透射光栅和反射光栅。光米级和亚微米级的光 栅测量是采用几何光栅，光栅栅距为100µm至20µm远于光源光波波长，衍射现象可忽略，当两块光栅相对移动时产生低频拍现象形成莫尔条纹， 其测量原理称影像原理。纳米级的光栅测量是采用衍射光栅，光栅栅距是8µm或4µm，栅线的宽度与光的波长很接近，则产生衍射和干涉现象形成 莫尔条纹，其测量原理称干涉原理。现以Heidenhain产品采用的3种测量原理介绍如下。 1.具有四场扫描的影像测量原理（透射法） 采用 垂直入射光学系统均为4相信号系统，是将指示光栅（扫描掩膜）开四个窗口分为4相，每相栅线依次错位四分之一栅距，在接收的4个光电元件上可 得到理想的4相信号，这称为具有四场扫描的影像测量原理。Heidenhain的LS系列新产品均采用此原理，其栅距为20µm，测量步距为0.5µm，准确度为 ±10、±5、±3µm三种，最大测量长度3m，载体为玻璃。 2.有准单场扫描的影像测量原理（反射法） 反射标尺光栅是采用40µm栅距的钢 带，指示光栅（扫描掩膜）用二个相互交错并有不同衍射性能的相位光栅组成，这样一来，一个扫描场就可以产生相移为四分之一栅距的四个图
保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。同一个控制单元，只要通过软件设置系统参数，就能改变其性能，既能够正常的使用电机本身
配置的传感器构成半闭环调节系统，又可以外接外部传感器如位置、速度、力矩传感器等，构成高精度的全闭环调节系统。高度的集成化显著地缩
小了整个控制管理系统的体积。2. 智能化 目前伺服内部控制核心大都采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机（DSP），以此来实现完全数字化的 伺服系统。伺服系统数字化是其实现智能化的前提。伺服系统的智能化表现在以下几个方面:系统的所有运行参数都能够最终靠人机对话的方式由 软件来设置；其次它们都具有故障自诊断与分析功能；以及参数自整定的功能等。众所周知，闭环调节系统的参数整定是保证系统性能指标的重要
现参数的匹配，调节很复杂，动态响应也不理想。到了20世纪80年代，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，同时借鉴并 应用了变频的技术，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，自从德国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。随后各国著名电气厂商相继推出各自的交流 伺服电动机和伺服驱动器系列新产品。交流伺服驱动器的基本工作原理： 交流伺服借鉴并应用了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过
环节，同样是需要耗费较多时间与精力的工作。带有自整定功能的伺服单元能够最终靠几次试运行，自动将系统的参数整定出来，并自动实现其最优
化。3. 网络化 伺服系统网络化是综合自动化技术发展的必然趋势，是控制技术、计算机技术和通信技术相结合的产物，现场总线是一种应用于生
化。3. 网络化 伺服系统网络化是综合自动化技术发展的必然趋势，是控制技术、计算机技术和通信技术相结合的产物，现场总线是一种应用于生 产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术。现场总线现已被大范围的应用在伺服系统之间、伺服系 统和其它外围设备如人机界面HMI、可编程控制器PLC等信息交互传输。现场总线有如下几个类型FF；ProfiBus、WorldFIP、 ControlNet/DeviveNet、CAN等。这些通讯协议都为多轴实时同步控制提供了可能性，也被一些高端伺服驱动器集成进去，从而使伺服系统达到了分 布、开放、互联以及高可靠性。3. 简易化 这里所说的“简”不是简单而是精简，是按照每个用户情况，将用户使用的伺服功能给与强化，使之专而精， 而将不使用的一些功能给与精简，以此来降低了伺服系统成本，为客户创造更多的收益，且通过精简一些元器件，减少了资源的浪费从而利于环保。 这里所说的“易”是指，伺服系统的软件编程及操作是从用户方面出发开发设计，力求简单易行，使用户调试时只需简单 【光栅与编码器介绍】 位置 检测装置作为数字控制机床的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执
变频PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的，也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节。与变频器一样，也是将工频交流电先整流成直ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 电，然后通过可控制门极的各类晶体管（IGBT，IGCT等）通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的交流电，波形类似于正余弦的脉动电。 伺 服驱动器发展了变频技术，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环（变频器没有该环）都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，主要
的一点能够直接进行精确的位置控制。 现在的交流伺服的控制部分采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是能轻松实现很复杂的控制算 法，来完成伺服系统的闭环控制，包括力矩、速度和位置等闭环控制。 交流伺服的应用领域 凡是对位置，速度和力矩的控制精度要求比较高的场
合，都能够使用交流伺服驱动。如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设施、机器人、电子、制药、金融机具、自动化生产线等。因
伺服就是一个提供闭环反馈信号来控制位置和转速. 伺服在半导体设备中的应用极其广泛,例如在涂胶机,光刻机等设备上均有,下面就关于伺服电机的有关问题作出了整理,希望在今后的工作中 能带来帮助. 1.伺服电机为什么不会丢步？ 伺服电机驱动器接收电机编码器的反馈信号，并和指令脉冲作比较，从而构成了一个位置的半闭环控制。所以伺服电机不可能会出现丢步现 象，每一个指令脉冲都能够获得可靠响应。 伺服驱动系统（servo system）简称伺服系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数字控制机床等。使用在伺服系 统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量（使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量较大，为了可以和丝杠等机械部件 直接相连。伺服电机有一种专门的小惯量电机，为得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低，当使用在进给伺服系统中时，必须 加减速装置。转动惯量反映了系统的加速度特性，在选择伺服电机时，系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。）较大等特点，这类 专用的电机称为伺服电机。当然，其基本工作原理和普通的交直流电机没什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元，有时 简称为伺服，一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。 伺服（servo)是一个性能上的名词，一般只要主令和控制结果的近似达到了一定高的程度就能称为伺服，这和机器的结构没有直接的关系。 例如伺服系统都没有精确的惯量匹配的范围，是因为惯量匹配的结果只要不影响控制对象对主令跟随或影响不大就好了，跟具体是3还是 3.5没关系。伺服系统也并不全是电机系统，有的气动系统就称为气动伺服。 伺服系统本质上是一种随动系统。只不过被控量是位移或是其对时间的导数。如果要问什么是随动系统，就是一个系统的输出尽可能以最 快，最精确的方式复现输入信号。其衡量的指标有超调量、延迟。 伺服，顾名思义，就是伺候服务，别人叫干什么就干什么，干的越好就伺服水平就越高，在控制领域也一样，执行输入信号越快越真实， 其伺服控制管理系统的水平也越高。
为伺服多用在定位、速度控制场合，所以伺服又称为运动控制1、 冶金、钢铁—连铸拉坯生产线、铜杆上引连铸机、喷印标记设备、冷连轧机，定长 剪切、自动送料、转炉倾动等2、 电力、电缆—水轮机调速器、风力发电机变桨系统、拉丝机、对绞机、高速编织机、卷线、 石油、化工—挤压机、胶片传动带、大型空气压缩机、抽油机等4、 化纤和纺织--纺纱机、精纺机、织机、梳棉机、横边机等5、 汽车制造业—发动 机零部件生产线、发动机组装生产线，整车装配线、车身焊接线、 机床制造业—车床、龙门刨、铣床、磨床、机械加工中心、制齿机 等7、 铸件制造业—机械手、转炉倾动、模具加工中心等8、 橡塑制造业--塑料压延机、塑料薄膜袋封切机、注塑机、挤出机、成型机、涂塑复合 机、拉丝机等9、电子制造业—印刷电路板（PCB）设备、半导体器件设备(光刻机、晶圆加工机等)、液晶显示器（LCD）设备、整机联装及表面贴 装（SMT）设备、激光设备（切割机、雕刻机等）、通用数控设备、机械手等10、 造纸业—纸张传送设备、特种纸造纸机械等11、 食品制造业—原 料加工设施、灌装机械、封口机、其他食品包装及印刷设备等12、 制药业—原料加工机械、制剂机械、饮片机械、印刷及包装机械等13、 交通—地 铁屏蔽门、电力机车、船舶导航等14、 物流、装卸、搬运—自动仓库、搬运车、立体车库、传动带、机器人、起重设备和搬运设备等15、 建筑—电 梯、传送带、自动旋转门、自动开窗等16、 医疗—CT、X光机、核磁共振MRI等17、 试验设备—汽车试验设备、扭矩试验设备 等伺服系统的发展趋 势 数字化交流伺服系统的应用越来越广，用户对伺服驱动技术的要求越来越高。总的来说，伺服系统的发展的新趋势可以概括为以下几个方面：1.集 成化 目前，伺服控制管理系统的输出器件慢慢的变多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件，这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流
浅谈交流伺服及其应用流伺服驱动器和变频器能够说是一对兄弟，都是交流电机的驱动器，按照面世的先后顺序，变频器应该称为哥哥，
交流伺服则该称为弟弟。变频器驱动变频电机，也驱动普通交流电机，主要的功能是调节电机的转速。交流伺服驱动器驱动交流伺服电机，其主要
