伺服系统的发展
现代交流伺服系统技术和市场发展综述
１ ．交流伺服系统基本性能和控制
方法
在交流伺服系统 中，电动机的类型 有永磁同步交流伺服电机 （ ＭＳ 和感 Ｐ Ｍ） 应异步交流伺服 电机（ 。前者具备十 Ｉ Ｍ）
（ 和利时电机）华中数控、 、 广数、 南京埃斯
顿、 Ｊ 电机厂等。其中华中数控、 兰＇ ｔ １ 广数 等主要关注在数控机特性， 目前普遍应用的是基于永磁 电机动态解 耦数学模型的矢量控制方法， 这是现代伺
二 技术发展方 向
现代交流伺服系统，经历了从模拟 到数字化的转变，数字控制环已无处不 在， 比如换相、 电流、 速度和位置控制； 采 用新型功率半导体器件、高性能Ｄ Ｐ Ｓ 加 Ｆ ＧＡ Ｐ 、以及伺服专用模块（ 比如 Ｉ 推出 Ｒ
节， 发展了无位置传感器技术（ｅ ｓ ｒ ｓ Ｓ ｎ ｏｌ ｓ ｅ
者虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，
但是在特性上和效率上存在差距， 只在大 功率场合得到重视 本文将重点讨论永 磁同步交流伺服系统。
交流伺服系统的性能指标可 以从调
Ｃ ｎｒ１ ｏｔ ） 。至今， ｏ 在商品化的产品中， 采
维普资讯
—
誊劲控制及饲照 步进电动规
ｆＥ ＾ＴＵ ＲＥ
现代交流伺服系统技术 和市场发展综述
王健
一
关键词 ：伺服 系统 技术发展 市场状况
王健先生， 北京和利 时电机技术有限公司。
概述
方面国产产品、 包括部分台湾产品和世界 先进水平相比差距较大。
到 士Ｏ０ ｍｊ以内：动态响应方面， ．１／ ｎ ｒ 通 常衡量的指标是系统最高响应频率， 即给
尽管这方面的工作早就在进行，但
伺服系统-第一章伺服系统设计概述
最大跟踪角加速度εmax
系统跟踪误差不超过em时，系统输出轴所能达到 的最大角加速度。
最大角速度Ωk、最大角加速度εk
不考虑跟踪精度的情况下，系统输出轴所能达到 的极限速度和极限角加速度。
正弦跟踪误差esin 速度品质系数Kv、加速度品质系数Ka 调速范围D
对系统工作制的要求 长期连续运行、间歇循环运行、短时间运行
对系统可靠性以及使用寿命的要求 连续运行无故障时间
对系统的使用环境条件的要求 环境温度、湿度、三防（防潮、防腐蚀、防辐 射）、抗振动、抗冲击
对系统结构形式的要求 体积、重量、结构外形、安装特点等
对系统经济性的要求 制造成本、标准化程度、元部件通用性、能源利 用率、维护使用、系统电源条件（电源种类、规 格、容量）
1.2 伺服系统的应用
机械制造 冶金 航天 微电子 军事 运输 通信工程 日常生活
机械制造
– 机床运动部分的位置控制、速度控制、运动轨迹控制 – 仿形机床、机器人手臂关节
冶金
– 电弧炼钢炉、粉末冶金炉的电极位置控制 – 轧钢机轧辊压下运动的位置控制
电极
轧前的 钢板
按控制方式分类
– 开环控制 – 闭环控制 – 复合控制
开环伺服系统
r
G1 ( s )
闭环伺服系统
r
e
G1 ( s )
－
复合控制伺服系统
r
G2 ( s ) c
G2 ( s ) c
B (s)
e G1 ( s ) ＋
－
G2 ( s ) c
1.7 伺服系统的技术要求
伺服的历史以及发展
伺服的历史以及发展添加时间：2008-8-22 14:40:42浏览次数：652来源：本站1．历史的角度看电机发展1800 年伏特发明电池，是电气出现的开端，电动机的诞生和发展在这之后可以分成几个阶段。
从1820 年一直到整个19 世纪末叶，发现了电磁现象以及相关的各种法则，诞生了交流电机的原型，并确立了电机的工业运用。
从20 世纪开始一直到1970 年代，是电动机的成长和成熟期，有刷直流电机、感应电动机、同步电动机和步进电动机等各种电机相继诞生，半导体驱动技术和电子控制概念引入，带来变频驱动的实用化。
从1970年代到20 世纪末期，计算技术的飞跃发展为发展高性能驱动带来了机会，随着设计、评价、测量、控制、功率半导体、轴承、磁性材料、绝缘材料、制造加工技术的不断进步，电动机本体经历了轻量化、小型化、高效化、高力矩输出、低噪音振动、高可靠、低成本等一系列变革，相应的驱动和控制装置也更加智能化和程序化。
进入21 世纪，在以多媒体和互联网为特征的信息时代，电动机和驱动装置继续发挥支撑作用，向节约资源、环境友好、高效节能运行的方向发展。
永磁无刷直流电机（Brushless DC Motor）就是随着永磁材料技术、半导体技术和控制技术的发展而出现的一种新型电机。
无刷直流电机诞生于20 世纪50 年代，并在60 年代开始用于宇航事业和军事装备，80 年代以后，出现了价格较低的钕铁硼永磁，研发重点逐步推广到工业、民用设备和消费电子产业。
本质上，无刷直流电机是根据转子位置反馈信息采用电子换相运行的交流永磁同步电机，与有刷直流电机相比具有一系列优势，近年得到了迅速发展，在许多领域的竞争中不断取代直流电机和异步电动机。
进入90 年代之后，永磁电机向大功率、高功能和微型化发展，出现了单机容量超过1000KW，最高转速超过300000rpm，最低转速低于0.01rpm，最小体积只有0.8x1.2mm 的品种。
实际上，永磁无刷直流电机和本文重点论述的永磁交流伺服电机都属于交流永磁同步电机。
伺服电机控制技术的应用与发展
伺服电机控制技术的应用与发展伺服电机控制技术是一种高精度、高性能的电机控制技术，被广泛应用于各种工业领域，比如机床、印刷设备、食品包装机械、医疗设备等。
随着工业自动化水平的提高和智能制造的发展，伺服电机控制技术在工业生产中的应用越来越广泛，其发展也不断取得重要进展。
一、伺服电机控制技术的应用领域1. 机床领域：在数控机床领域，伺服电机控制技术可实现高速、高精度的定位和运动控制，从而提高加工精度和效率。
2. 包装机械领域：伺服电机控制技术在食品包装机械、药品包装机械等领域得到广泛应用，可实现高速稳定的包装运动，提高生产效率。
3. 机器人领域：机器人系统需要高精度的定位和运动控制，伺服电机控制技术能够满足这一需求，因此在工业机器人、服务机器人等领域得到广泛应用。
4. 医疗设备领域：在医疗设备领域，伺服电机控制技术可用于X射线机、CT机、核磁共振仪等设备，实现高精度的成像和运动控制。
5. 纺织机械领域：在纺织机械领域，伺服电机控制技术可实现高速、高精度的纺纱、织布、染整等流程的运动控制，提高生产效率和产品质量。
1. 多轴联动控制：随着工业生产的复杂性不断增加，多轴联动控制成为一种重要的发展趋势。
伺服电机控制系统可以实现多轴联动控制，从而满足复杂工艺流程和设备运动的需要。
2. 高性能控制算法：针对高速、高精度运动控制的需求，伺服电机控制技术需要不断改进和优化控制算法，以提高控制系统的性能和稳定性。
3. 智能化控制系统：智能制造的发展要求生产设备具有自主识别、自动调整、自适应控制等能力，伺服电机控制系统需要不断发展智能化技术，提高生产设备的智能化水平。
4. 节能环保技术：伺服电机控制技术需要不断改进节能和环保技术，减少能源消耗和环境污染。
伺服电机控制技术在智能制造中发挥着重要作用。
智能制造要求生产设备具有高效、灵活、智能的特点，而伺服电机控制技术恰好具备这些特点，可以满足智能制造的需要。
1. 灵活生产：伺服电机控制系统可以实现高精度的运动控制和多轴联动控制，可以满足灵活生产的需求，适应生产线的快速切换和产品的快速更新。
伺服技术的应用前景和解决方案
伺服技术的应用前景和解决方案伺服技术是一种用于控制和驱动运动提供精确位置和速度控制的技术。
它在许多行业中有着广泛的应用，并具有巨大的发展前景。
本文将讨论伺服技术的应用前景以及解决方案。
一、伺服技术的应用前景1. 工业自动化领域伺服技术在工业自动化领域中有着重要的应用前景。
伺服驱动器和伺服电机的高精度定位和运动控制特性，使得它们能够广泛应用于自动化设备，如机床、印刷设备、包装机械等。
随着工业自动化需求的增加，伺服技术的应用前景也在逐渐扩大。
2. 机器人领域伺服技术对于机器人领域的应用也具有巨大的前景。
伺服驱动器和伺服电机的高速、高精度运动控制能力，可以实现机器人的灵活、精确的动作，提高机器人的工作效率和精度。
此外，伺服技术还可以结合传感器和视觉系统，实现机器人的感知和智能化，进一步拓展机器人应用领域。
3. 新能源领域随着新能源行业的快速发展，伺服技术在新能源设备中的应用前景十分广阔。
例如，风力发电机组中的角度调节系统、太阳能光伏跟踪器中的方位调节系统等，都需要伺服技术来实现精确的位置和角度控制，提高能源设备的效率和可靠性。
二、伺服技术的解决方案1. 选型和集成在应用伺服技术时，选型和集成是关键。
首先，需要根据具体的应用需求选择合适的伺服驱动器和伺服电机；其次，需要与其他设备和系统进行集成，实现整体的自动化控制。
选型和集成的成功与否直接影响到伺服系统的性能和稳定性。
2. 精确控制算法伺服技术的精确控制算法是实现高精度运动控制的重要因素。
通过优化控制算法，可以提高伺服系统对于位置和速度的控制精度，降低能耗，提高系统的稳定性和响应速度。
3. 传感器和反馈系统伺服系统的准确反馈是实现精确控制的基础。
传感器和反馈系统可以实时获取伺服电机的位置、速度和扭矩等参数，反馈给控制系统进行补偿控制。
选择合适的传感器和反馈系统，能够提高伺服系统的控制精度和稳定性。
4. 故障检测和维护为了确保伺服系统的长期稳定运行，需要进行故障检测和维护。
浅析伺服系统在数控机床中的应用及发展
智能化
伺 服 器 控 制 模 式 的 智 能 化 ， 在 内 部 预 先 编 程 如
实 现 某 种 运 动 轨 迹 ， 制 本 站 点 周 边 的 １ 口， 带 主 从 跟 随 控 ０ 内 模式调整 ， 电子 凸轮 等 。
问题 ， 如电刷和换 向器 易磨 损 ， 护工作 量 大 ， 维 成本 高等 。② 交流伺服 系统。其进 给运动系统采用 交流感应 异步伺 服 电机 和永磁 同步伺 服电机 。交流伺服系 统的优点 除 了具 有稳定性 好 、 速性 好 、 度高 的特点 外 ， 快 精 与直 流伺 服 电机系 统相 比有
如下 ：
１３ １ 按用途和功能分类 ．．
１进 给驱动系 统 ： ） 用于数 控机 床工 作 台坐标 或 刀架坐 标 的控制系统 ， 控制机床各坐标轴 的切削进给运 动 ， 并提供 切削
过 程 所 需 的力 矩 。
１２ １ 可 逆 运 行 ．．
可逆运行要求 能灵 活地 正反 向运行 。在加工 过程 中， 机
控制编码或其他符 号指令规 定的程序 ， 并将其译码 ， 再进行 必要 的信 息处理和运算后控 制机床 动作 并加 工零件。伺服 系统 的 系统直接 关 系到数控机床执行件 的静 态和动 态特性 、 工作精度、 负荷 能力和稳 定程度等 。因此， 究与开发 高性 研
能 的伺 服 系统 一 直 是现 代 数 控 机 床 的 关键 技 术之 一 。 关键 词 ： 服 系统 ； 控 机 床 ； 用 ； 展 伺 数 应 发 ｄｉ１ ．９９ｊｉｎ １０ —８５ ． １ ．８ ０２ ｏ：０ ３６／． ｓ．０ ６ ５４２ ２０ ．０ ｓ ０
１３２ 按控制原理分类 ．． １开环伺 服系统 ： ） 系统 中没有 位置测 量装置 ， 号流是 单 信 向的（ 数控装置一 进给系统） 故系统稳定性好。 ， ２ 半开环伺服 系统 ： ） 系统 的位 置采样 点是 从伺 服 电机 或 丝杠 的端部 引出 ， 采样旋转角度进行检 测 ， 不是直接 检测最 终
中国伺服系统前景分析
中国伺服系统前景分析一、伺服行业产业链“伺服”—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”性能，因此而得名——伺服系统。
1.工作原理伺服控制是对机器装备的精确定位、速度等运动要素进行控制的统称。
伺服控制系统主要由控制器和伺服传动单元组成，通过机械零部件传导到负载端。
伺服系统（或称伺服产品）通常包括伺服驱动器（指令装臵）、伺服电机、伺服反馈装臵（编码器）三个部分。
2.下游应用伺服系统主要应用于对定位精度和运转速度控制要求较高的制造领域，在精密制造和柔性制造中有着不可替代的作用，目前已广泛应用于机床、包装、纺织电子、塑料、医疗、印刷、橡胶、食品等行业，并逐步在风电、新能源汽车等新兴行业得到推广，应用领域的不断拓展将进一步推动伺服系统市场的增长。
2020年伺服系统下游应用占比最高的电子及半导体、机床和工业机器人，总和占比为37%左右，其中占比最高的为电子及半导体行业，占比16%。
就增速情况而言，电子及半导体行业也远远高于下游其他行业，2020年市场规模增长率为36%左右，远超全行业平均增速18%。
2020年中国私服系统主要下游应用需求变动情况二、伺服系统市场容量随着社会的不断发展和进步，伺服系统在工业发展中的作用愈加明显。
高速加工技术和以高速、高精度为基础的其他技术的发展，推动了伺服系统的快速发展。
我国伺服系统市场规模自2015年起整体表现为增长趋势，2020年中国伺服电机系统市场规模为164.4亿元，同比2019年增长18.3%。
三、伺服系统竞争格局我国国产伺服系统企业发展迅速，发展国产替代率逐年升高。
过去中国大陆伺服系统主要来源于日本等地的大量进口，占比最高的是松下、安川等。
经过十来年的发展，2020年的现在，国内从事伺服系统的供应商超过300家，国产品牌近12年持续采取定制化与低价策略馋食外资品牌份额，2020年中国伺服系统市场份额占比最高仍然主要是日本等外资企业，但是国产企业占比大幅度增高，其中代表汇川2020年市场占比10%。
伺服电机发展历史
伺服电机发展历史
伺服电机是一种能够准确控制角度和转速的电机，被广泛应用于机器人、工业、医疗设备等领域。
伺服电机的发展历史可以追溯到19世纪末期，随着电力技术的不断发展，伺服电机的机械、电气、控制等方面都有了大幅度进展。
1891年，美国工程师尤金·巴尔汀（Eugene F. L. Breguet）首次使用直流电机控制自动舵机。
20世纪初，在弗雷德里克·西斯的领导下，美国通用电气公司（GE）开发出了一种舵机，这是当时伺服电机的一种最基本形式。
此后，伺服电机的发展进入了高速发展期。
20世纪50年代，随着电子技术的发展，伺服电机的控制系统逐渐从机械控制转向了电子控制。
此时，伺服电机广泛应用于航空航天、导弹制导、雷达跟踪和光学追踪等高精度领域。
20世纪60年代末，半导体技术的突破使得伺服电机的控制系统更加小巧，同时性能也有了大幅度提升。
20世纪70年代后期，伺服电机逐渐应用到了工业领域中。
随着数字化技术的发展，伺服电机的控制系统开始采用数字控制器（NC）和编程控制器（PLC），使伺服电机的控制更加智能化。
并且，在材料科学、电机技术和控制算法等方面的不断创新，使得伺服电机的精度、速度和可靠性得到了大幅度提高。
目前，伺服电机已经成为各种自动化设备的核心部件，广泛应用于机器人、数控机床、印刷机械、纺织设备等领域。
此外，随着人工
智能技术的不断发展，伺服电机在智能驱动和自学习技术方面也有了新的进展。
总之，伺服电机发展历程中的每一个阶段都有了重要的突破和进展，不断地推动着伺服电机向更加智能化、高效率、高精度的方向发展。
伺服系统题库
伺服系统题库摘要：1.伺服系统的定义与分类2.伺服系统的基本组成3.伺服系统的工作原理4.伺服系统的应用领域5.伺服系统的发展趋势正文：一、伺服系统的定义与分类伺服系统，全称为伺服控制系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
根据驱动方式的不同，伺服系统可分为液压伺服系统、气压伺服系统和电动伺服系统等。
其中，电动伺服系统应用最为广泛，其主要由伺服电机、伺服驱动器和控制器等组成。
二、伺服系统的基本组成1.伺服电机：伺服电机是一种能够将电脉冲转换为角位移或线位移的电机，具有高精度、高扭矩、高速度等特点。
2.伺服驱动器：伺服驱动器是将电源输入的直流电转换为伺服电机所需的交流电的装置，具有调节、放大、逆变等功能。
3.控制器：控制器是伺服系统的核心部分，主要负责接收指令、运算、比较和输出控制信号等。
三、伺服系统的工作原理伺服系统通过控制器输出控制信号，经伺服驱动器放大、逆变后驱动伺服电机转动。
同时，系统通过检测装置（如编码器）实时监测伺服电机的运行状态，并将信号反馈给控制器进行比较、调节，使伺服电机按照设定的速度和位置进行精确运动。
四、伺服系统的应用领域伺服系统广泛应用于各种自动化设备和生产线，如数控机床、机器人、自动化装配线等。
其高精度、高可靠性和高效率的特点使得伺服系统在工业生产中具有重要价值。
五、伺服系统的发展趋势随着科技的进步和社会的发展，伺服系统在以下几个方面呈现出发展趋势：1.高性能化：伺服系统将向着高精度、高速度、高扭矩的方向发展，以满足各种复杂工况的需求。
2.智能化：结合人工智能、物联网等技术，伺服系统将具备自主学习、自适应调整等功能，提高生产效率和质量。
3.集成化：伺服系统将与其他自动化设备、生产线实现无缝集成，构建高效、紧凑的自动化生产体系。
论文 浅谈伺服电动机构造及发展浅谈伺服电动机构造及发展
浅谈伺服电动机构造及发展摘要伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
在定位系统中,最常用的马达不外乎是步进马达和伺服马达,其中,步进马达主要可分为2相、5相、微步进系统,伺服马达则主要分为DC伺服和AC伺服两种。
关键词：电动机构造伺服系统发展一伺服电动机介绍伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，为了使负载能够在所要求的速度、加速度及张力范围内运动，伺服电动机不仅要满足一定的静态指标，如有足够的功率、转矩等，还应满足一定的动态指标，如快速响应、灵敏度和可控性等。
伺服电动机的负载可以是惯性负载、摩擦负载，也可以是外加阻力矩或是它们的任何组合。
电动机与负载在性质和联接方式（如减速装置、联动装置）上均不同，它们的时间响应和相互影响程度也不同，因此，电动机和负载必须一起考虑。
整个控制系统的动特性通常主要决定于电动机和负载的特性。
在有些控制机构中，负载可以忽略不计，这时控制系统的动特性主要与电动机有关，这种控制系统通常称为仪表伺服系统。
伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
二步进马达与伺服马达有何不同在定位系统中,最常用的马达不外乎是步进马达和伺服马达,其中,步进马达主要可分为2相、5相、微步进系统,伺服马达则主要分为DC伺服和AC伺服两种.2相、5相和微步进系统主要是驱动器所表现出来解析度不同, 2相步进系统马达每转最细可分为400格,五相则为1000格,微步进则可从200 ~ 50000(或以上)格,表现出来的特性以微步进最好,加减速时间较短,动态惯性较低.AC和DC伺服马达主要的分别为DC伺服比AC伺服马达多了一个碳刷,会有维护上的问题,而AC伺服马达因没有碳刷,所以后续并不会有太大维护上的问题.所以基本上来说AC伺服系统是较DC伺服系统为优,但DC伺服系统主要的优势则是价位上比AC伺服系统较便宜.而此两种系统的控制精度皆为相同.步进系统与伺服系统主要的特点如下:表1-1表1-1上图为标准的步进系统(开回路)上图为脉波命令式伺服系统(半闭回路)上图为电压命令式伺服系统(全闭回路)三伺服马达的结构DC伺服马达DC伺服马达为伺服马达中最早发展的一种，其结构和一般的直流马达类似，较小型者为了控制方便起见，通常其定子磁场是由永久磁铁所构成，但转子上的整流片和电刷仍然存在，这也正是DC伺服马达最大的缺点。
伺服系统动态特性、静态特性,发展出了多种伺服驱动技术
伺服系统动态特性、静态特性，发展出了多种伺服驱动技术作为数控机床的重要功能部件，伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标。
围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高，近年来发展出了多种伺服驱动技术。
进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象，产生机床的切削进给运动。
为此，要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度，并能精确地进行位置控制，具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。
随着中国制造业明显回暖，数控机床行业也进入复苏阶段，市场对数控机需求结构加速升级，数控机床及其应用伺服系统开始向着多元化的方向发展。
1、高精度化提高数控机床的加工精度，一般可通过减少数控系统的误差和采用机床误差补偿技术等方法来实现。
在减少CNC系统控制误差方面，通常采取提高数控系统的分辨率、提高位置检测精度、在位置伺服系统中采用前馈控制与非线性控制等方法；在机床误差补偿技术方面，除采用齿隙补偿、丝杠螺距误差补偿和刀具补偿等技术外，还可对设备热变形进行误差补偿。
另外，伺服系统的质量直接关系到数控机床的加工精度。
现代数控机床采用了交流数字伺服系统，并采用新型控制理论可实现高速响应伺服系统。
2、高速化要实现数控设备高速化，首先要求数控系统能对由微小程序段构成的加工程序进行高速处理，以计算出伺服电机的移动量。
同时要求伺服电机能高速度地做出反应，采用32位及64位微处理器，是提高数控系统高速处理能力的有效手段。
实现数控设备高速化的关键是提高切削速度、进给速度和减少辅助时间。
3、高柔性化采用柔性自动化设备或系统，是提高加工精度和效率、缩短生产周期，适应市场变化需求和提高竞争能力的有效手段。
数控机床在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统柔性化的方向发展。
如出现了可编程控制器（PLC)控制的可调组合机床、数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心、数控三坐标动力单元等具有柔性的高效加工设备、柔性加工单元(FMC)、柔性制造系统（FMS)以及介于传统自动线与FMS之间的柔性制造线（FTU）。
伺服系统简介介绍
受控对象
被控制的设备或系统， 可以是机械系统、电气 系统或其他系统。
伺服系统的分类
按受控对象
可分为位置伺服系统、速度伺服系统和力伺 服系统等。
按控制方式
可分为开环伺服系统和闭环伺服系统。
按执行器类型
可分为电动伺服系统、气动伺服系统和液压 伺服系统等。
02
01
按应用领域
可分为数控机床、机器人、航空航天、自动 化生产线等领域的伺服系统。
04
03
02 伺服系统的工作原理
伺服系统的工作原理
• 伺服系统是一种能够精确控制运动和速度的控制系 统。它广泛应用于各种工业自动化设备中，如数控 机床、机器人、印刷机等。
伺服系统的应用场景
03
工业自动化
01
数控机床
伺服系统用于数控机床的精密加工，提高加工精度和效 率。
02
生产线自动化
伺服系统用于生产线自动化，实现生产过程的精确控制 和优化。
能。
自动驾驶
伺服系统用于自动驾驶汽车的导航 和控制，实现精确的路径规划和避 障。
悬挂系统控制
伺服系统用于悬挂系统的控制，提 高车辆的行驶平顺性和稳定性。
04 伺服系统的优势与挑战
伺服系统的优势与挑战
• 伺服系统是一种被广泛应用于各种工业和商业领域的控制系 统。它通过接收输入信号，并利用内部的电子和机械部件来 控制输出运动，以满足特定的应用需求。伺服系统具有高精 度、高速度、高可靠性等优点，但也面临着一些挑战。
升级的工业应用需求。
03
5G技术的应用
5G技术为工业互联网的发展带来了新的机遇。未来的伺服系统将更加
注重与5G技术的融合，以实现更高效、更稳定的生产和制造。
伺服系统报告
一、相关概念伺服系统（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。
它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。
在机器人中，伺服驱动器控制电机的运转。
驱动器采用速度环，位置环，电流环三环闭环电路，内部还设有错误检出和保护电路。
驱动器通过通信连接器，控制连接器，编码连接器跟外部输入信号和输出信号相连。
通信连接器主要用于跟电脑或控制器通信。
控制连接器用于跟伺服控制器联接，驱动器所需的输入信号、输出信号、控制信号和一些方式选择信号都通过该控制连接器传输，它是驱动器最为关键的连接器。
编码连接器跟电机编码器连接，用于接收编码器闭环反馈信号，即速度反馈和换向信号。
伺服电机主要用于驱动机器人的关节。
关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所需要使用的伺服电机的数量就越多。
机器人对伺服电机的要求非常高，必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽，要适应机器人的形体做到体积小、重量轻，还必须经受频繁的正反向和加减速运行等苛刻的条件，做到高可靠性和稳定性。
伺服电机分为直流、交流和步进，工业机器人用的较多的是交流。
机器人用伺服电机二、伺服系统的技术现状2.1视觉伺服系统随着机器人技术的迅猛发展,机器人承担的任务更加复杂多样,传统的检测手段往往面临着检测范围的局限性和检测手段的单一性.视觉伺服控制利用视觉信息作为反馈，对环境进行非接触式的测量,具有更大的信息量，提高了机器人系统的灵活性和精确性,在机器人控制中具有不可替代的作用。
视觉系统由图像获取和视觉处理两部分组成,图像的获取是利用相机模型将三维空间投影到二维图像空间的过程,而视觉处理则是利用获取的图像信息得到视觉反馈的过程。
基本的相机模型主要包括针孔模型和球面投影模型,统一化模型是对球面模型的推广,将各种相机的图像映射到归一化的球面上。
伺服电机的研究现状和发展趋势
伺服电机的研究现状和发展趋势
中文
伺服电机是一种重要的电机技术，其应用越来越普遍。
它是由定位、
大变速、精确定位、智能控制、可靠性等优点特征组成的一种特殊的电机，它可以用来控制各种机械设备和系统的运动。
近年来，伺服电机技术在电力、车辆、地铁、船舶、机器人控制等诸多领域取得了很大的进步。
随着包括微电子技术、智能技术、材料技术在内的数字化、网络化、
智能化技术的发展，伺服电机的技术和性能也在不断提升。
今天，伺服电
机的结构设计和驱动电路及控制电路的设计技术已经不断发展，使伺服电
机的结构紧凑、可靠性高、功率输出高效，且活动部件减少。
同时，伺服电机技术可以用来实现更精确的控制，比如可以实现精确
定位、大变速，可以控制多轴运动，可以做到更加精确的速度控制和位置
控制，可以实现运行精度的优化，可以获得更高的稳定性。
另外，伺服电
机可以更好地反映和改善系统的可靠性，并可以提高性能的可靠性和系统
的可控性。
另外，伺服电机还可以降低系统的能耗，减少系统的噪声，使
系统的运行更加稳定。
未来，伺服电机技术在控制技术的发展中将会扮演更加重要的角色。
伺服电机控制技术的应用与发展
伺服电机控制技术的应用与发展【摘要】伺服电机控制技术在工业自动化、机器人领域、航空航天领域等方面得到广泛应用和发展。
本文分析了伺服电机控制技术的基本原理，并探讨了其在不同领域的具体应用和发展趋势。
结合社会效益、产业升级以及人类生活改变等方面，探讨了伺服电机控制技术的重要性和影响。
通过对伺服电机控制技术的应用与发展进行深入研究，可以更好地了解其在现代社会中的重要地位和潜力，为未来的科技发展提供新的思路和方向。
【关键词】伺服电机控制技术, 应用, 发展, 基本原理, 工业自动化, 机器人,未来发展趋势, 航空航天, 社会效益, 产业升级, 人类生活改变1. 引言1.1 伺服电机控制技术的应用与发展伺服电机控制技术作为现代工业自动化的重要组成部分，其应用与发展备受关注。
随着科技的不断进步，伺服电机控制技术在各个领域的应用也愈发广泛。
从基本原理到未来发展趋势，伺服电机控制技术一直在不断演进，为各行各业带来了巨大的影响。
伺服电机控制技术的基本原理主要包括反馈控制、PID控制、闭环控制等，这些原理的运用使得电机控制更加精准和稳定。
在工业自动化中，伺服电机控制技术被广泛应用于生产线的控制，提高了生产效率和产品质量。
而在机器人领域，伺服电机控制技术的发展使得机器人能够更灵活地进行各种动作，实现人机协作。
未来，伺服电机控制技术的发展趋势将更加侧重于智能化和网络化，与人工智能、云计算等技术融合，不断拓展应用领域。
在航空航天领域，伺服电机控制技术的应用也将变得更加重要，为航天器的动力系统提供更可靠的保障。
伺服电机控制技术的应用与发展不仅带来了社会效益，提升了产业水平，还深刻影响了人类的生活，为社会发展注入了新的活力。
2. 正文2.1 伺服电机控制技术的基本原理伺服电机控制技术的基本原理是指通过对电机输入的控制信号进行调节，使电机在所需位置、速度和力量下进行精确控制。
其核心是采用反馈系统，即通过传感器实时监测电机的状态，将反馈信息送回控制系统进行处理，最终实现对电机运行的精准控制。
2023年通用伺服系统行业市场研究报告
2023年通用伺服系统行业市场研究报告通用伺服系统是利用同步电动机作为动力源，控制伺服电机的转速和位置的一种系统。
伺服系统广泛应用于工业自动化领域，包括机床、机械手、自动化生产线等。
本文通过对通用伺服系统行业市场的研究，分析其市场规模、竞争格局以及发展趋势等方面的情况。
一、市场规模通用伺服系统行业是一个庞大的市场，2019年全球市场规模约为203亿美元。
随着工业自动化程度的不断提高，通用伺服系统的需求也在不断增长。
特别是在汽车制造、电子设备生产以及航空航天等领域，对伺服系统的需求较为旺盛。
二、竞争格局通用伺服系统行业竞争激烈，市场上存在着众多的厂商。
主要的竞争对手包括发那科、ABB、西门子、川崎重工等。
这些公司都具有雄厚的研发实力和生产能力，通过不断引进新技术和提升产品质量来提高竞争力。
在市场份额方面，发那科在全球范围内占据着领先地位，其市场份额约为25%，其次是ABB和西门子等。
这些公司通过广泛的产品线和全球市场布局来加强自己在市场中的竞争优势。
三、发展趋势1. 技术升级：通用伺服系统行业正朝着更高性能、更高可靠性和更低成本的方向发展。
其中，集成化和智能化是重要的发展方向。
例如，通过引入人工智能和云计算等技术，实现伺服系统的远程监控和智能优化，提高工作效率和减少人工干预。
2. 应用拓展：通用伺服系统的应用领域将进一步拓展。
除了传统的工业自动化领域，如机械加工、装配线等，还可以应用于医疗设备、物流仓储、无人驾驶等领域。
随着新兴产业的发展和应用需求的增加，通用伺服系统行业市场前景广阔。
3. 国际市场：目前，亚洲地区是全球通用伺服系统市场的主要增长动力。
中国作为全球最大的制造业市场，对通用伺服系统的需求也在不断增长。
同时，发展中国家对通用伺服系统的需求也在不断上升。
因此，国际市场将成为通用伺服系统行业发展的重要方向。
总之，通用伺服系统行业市场规模庞大、竞争激烈。
随着工业自动化程度的不断提高，通用伺服系统的需求也在不断增加。
伺服系统的分类和特点
伺服系统的分类和特点一、引言伺服系统，作为现代工业自动化的重要组成部分，其性能和特点在很大程度上决定了整个系统的性能和稳定性。
伺服系统能够根据输入的指令信号，自动、快速、准确地控制执行机构的位移、速度和加速度，实现对目标值的精确跟踪。
本文将对伺服系统的分类和特点进行详细的阐述，以便更好地理解和应用伺服系统。
二、伺服系统的分类伺服系统可以根据工作原理和应用领域进行分类。
1.根据工作原理分类根据工作原理，伺服系统可以分为电气伺服系统和液压伺服系统两大类。
其中，电气伺服系统又可以分为直流伺服系统和交流伺服系统。
（1）直流伺服系统：直流伺服电机由定子、转子、电刷和换向器等部分组成。
其工作原理是当电流通过励磁绕组和电枢绕组时，产生磁场，驱动转子旋转。
直流伺服电机具有调速范围广、低速性能好、响应速度快等优点，但同时也存在维护成本高、易磨损等缺点。
（2）交流伺服系统：交流伺服电机由定子、转子和编码器等部分组成。
其工作原理是通过控制电机的输入电压或电流，改变电机的旋转速度和方向。
交流伺服电机具有效率高、可靠性高、维护成本低等优点，但同时也存在调速范围较窄、低速性能较差等缺点。
2.根据应用领域分类根据应用领域，伺服系统可以分为工业伺服系统和航空伺服系统两大类。
（1）工业伺服系统：工业伺服系统主要用于工业自动化生产线、数控机床、包装机械等领域。
其特点是要求精度高、稳定性好、可靠性高、响应速度快等。
常见的工业伺服系统有电机驱动控制系统、气压传动控制系统和液压传动控制系统等。
（2）航空伺服系统：航空伺服系统主要用于航空器自动驾驶系统、雷达天线控制系统等领域。
其特点是要求精度高、可靠性极高、响应速度快、抗干扰能力强等。
常见的航空伺服系统有舵机控制系统、燃油控制系统等。
三、伺服系统的特点1.精度高：伺服系统的输出量能够精确地跟踪输入指令信号，从而实现高精度的位置控制和速度控制。
2.快速响应：伺服系统具有快速的动态响应特性，能够迅速跟踪输入信号的变化，保证系统的稳定性和动态性能。
交流伺服系统发展问题论文
交流伺服系统发展问题研究【摘要】在过去的时间中，伺服系统经历了从直流到交流，从模拟到数字化的转变。
根据工业的需求和研究的热点，伺服系统有如下几点发展趋势：（1）高性能化（2）集成化（3）智能化。
【关键词】交流伺服系统;反馈装置;控制器1.伺服电机常用的交流伺服电机主要包括感应式异步电机和永磁同步电机两种。
感应异步电动机具有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简便等特点。
但是，与直流电动机相比，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低。
其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因素低，大大增加了线路和电网的损耗。
其在控制上采用转子磁场定向控制，将转子电流分为与转子磁通方向一致的励磁电流和相位超前其900转矩电流，因为转差率的存在，其转子磁通位置要在位置传感器的基础上进一步处理，系统比较复杂。
另外，转子电阻随温度而变化，会影响磁场定向的准确性。
同时，低速运行时电机发热比较严重，而低速运行又往往是伺服电机经常所处的运行状态。
因此，在交流伺服系统发展初期，感应式异步电动机交流伺服系统虽曾一度得到发展和应用，但由于存在上述一些问题，异步电机伺服系统逐渐转向永磁同步电机伺服系统。
交流永磁同步电机可分为两大类：一类称为梯形波永磁电机，即通常所说的直流无刷电机（bldc），其反向电动势为梯形波信号；另一类称为正弦波永磁电机，通常称为永磁同步电机（pmsm），其反向电动势为正弦波信号。
直流无刷电机具有控制简单、成本低廉、检测装置简单等优点。
但是由于直流无刷电机原理上存在固有缺陷，电机运转过程中，电枢电流和电枢磁势的不连续性而导致转矩脉动较大，这种转矩脉动使得电机速度控制性能很难得到提升，并且其铁心附加损耗大，从而限制了由其构成的伺服系统在高精度、高性能要求的伺服驱动场合下的应用。
而永磁同步电机其性能好于直流无刷电机，虽然控制较为复杂，但随着控制器与控制策略的迅速发展，控制系统的实时性与精确性有了较大程度的改善。
伺服电机的发展历史
伺服电机的发展历史自从德国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。
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了交流系统。
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，分别称为直流伺服系统、三相永磁交流伺服系统。
到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。
典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。
日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中D系列适用于数控机床(最高转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m)，R系列适用于机器人(最高转速为3000r/min，力矩为0.016~0.16N.m)。
之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。
20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。
由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24%降低到7%，并提高了可靠性。
这样，只用了几年时间形成了八个系列(功率范围为0.05～6kW)较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。
以生产机床数控装置而著名的日本发那科(Fanuc)公司，在20世纪80年代中期也推出了S系列(13个规格)和L系列(5个规格)的永磁交流伺服电动机。
L系列有较小的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。
日本其他厂商，例如:三菱电动机(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS 和HC-UFS系列)、东芝精机(SM系列)、大隈铁工所(BL系列)、三洋电气(BL系列)、立石电机(S系列)等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。
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伺服系统的发展
伺服系统在机电设备中具有重要的地位，下面简单谈谈其发展历程：
（1）直流伺服系统
伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。
电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。
50年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。
70年代则是直流伺服电机的应用最为广泛的时代。
（2）交流伺服系统
从70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术—交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。
交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。
交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类:
永磁同步（SM型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。
其中，永磁同步电动机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能，并可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。
并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺服系统的主流。
感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固，制造容易，价格低廉，因而具有很好的发展前景，代表了将来伺服技术的方向。
但由于该系统采用矢量变换控制，相对永磁同步电动机伺服系统来说控制比较复杂，而且电机低速运行时还存在着效率低，发热严重等有待克服的技术问题，目前并未得到普遍应用。
系统的执行元件一般为普通三相鼠笼型异步电动机，功率变换器件通常采用智能功率模块IPM。
为进一步提高系统的动态和静态性能，可
采用位置和速度闭环控制。
三相交流电流的跟随控制能有效地提高逆变器的电流响应速度，并且能限制暂态电流，从而有利于IPM的安全工作。
速度环和位置环可使用单片机控制，以使控制策略获得更高的控制性能。
电流调节器若为比例形式，三个交流电流环都用足够大的比例调节器进行控制，其比例系数应该在保证系统不产生振荡的前提下尽量选大些，使被控异步电动机三相交流电流的幅值、相位和频率紧随给定值快速变化，从而实现电压型逆变器的快速电流控制。
电流用比例调节，具有结构简单、电流跟随性能好以及限制电动机起制动电流快速可靠等诸多优点。
（3）交直流伺服系统的比较
直流伺服驱动技术受电机本身缺陷的影响，其发展受到了限制。
直流伺服电机存在机械结构复杂、维护工作量大等缺点，在运行过程中转子容易发热，影响了与其连接的其他机械设备的精度，难以应用到高速及大容量的场合，机械换向器则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。
交流伺服电机克服了直流伺服电机存在的电刷、换向器等机械部件所带来的各种缺点，特别是交流伺服电机的过负荷特性和低惯性更体现出交流伺服系统的优越性。
所以交流伺服系统在工厂自动化（FA）等各个领域得到了广泛的应用。
从伺服驱动产品当前的应用来看，直流伺服产品正逐渐减少，交流伺服产品则日渐增加，市场占有率逐步扩大。
在实际应用中，精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服产品已经成为主流产品。
（4）伺服系统的发展趋势
从前面的讨论可以看出，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，伺服系统的发展趋势可以概括为以下几个方面：
1.交流化
伺服技术将继续迅速地由DC伺服系统转向AC伺服系统。
从目前国际市场的情况看，几乎所有的新产品都是AC伺服系统。
在工业发达国家，AC伺服电机的市场占有率已经超过80%。
在国内生产AC伺服电机的
厂家也越来越多，正在逐步地超过生产DC伺服电机的厂家。
可以预见，在不远的将来，除了在某些微型电机领域之外，AC伺服电机将完全取代DC伺服电机。
2.全数字化
采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机（DSP）的伺服控制单元将全面代替以模拟电子器件为主的伺服控制单元，从而实现完全数字化的伺服系统。
全数字化的实现，将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制，从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法（如:最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等）成为可能。
3.采用新型电力电子半导体器件
目前，伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件，主要有大功率晶体管（GTR）、功率场效应管（MOSFET）和绝缘门极晶体管（IGBT）等。
这些先进器件的应用显著地降低了伺服单元输出回路的功耗，提高了系统的响应速度，降低了运行噪声。
尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系统已经开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一起的新型模块，称为智能控制功率模块（Intelligent Power Modules，简称IPM）。
这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。
其输入逻辑电平与TTL信号完全兼容，与微处理器的输出可以直接接口。
它的应用显著地简化了伺服单元的设计，并实现了伺服系统的小型化和微型化。
4.高度集成化
新的伺服系统产品改变了将伺服系统划分为速度伺服单元与位置伺服单元两个模块的做法，代之以单一的、高度集成化、多功能的控制单元。
同一个控制单元，只要通过软件设置系统参数，就可以改变其性能，既可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环调节系统，又可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度的全闭环调节系统。
高度的集成化还显著地缩小了整个控制系统的体积，使得伺服系统的安装与调试工作都得到了简化。
5.智能化
智能化是当前一切工业控制设备的流行趋势，伺服驱动系统作为一种高级的工业控制装置当然也不例外。
最新数字化的伺服控制单元通常都设计为智能型产品，它们的智能化特点表现在以下几个方面:首先他们都具有参数记忆功能，系统的所有运行参数都可以通过人机对话的方式由软件来设置，保存在伺服单元内部，通过通信接口，这些参数甚至可以在运行途中由上位计算机加以修改，应用起来十分方便;其次它们都具有故障自诊断与分析功能，无论什么时候，只要系统出现故障，就会将故障的类型以及可能引起故障的原因通过用户界面清楚地显示出来，这就简化了维修与调试的复杂性;除以上特点之外，有的伺服系统还具有参数自整定的功能。
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环节，也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可以通过几次试运行，自动将系统的参数整定出来，并自动实现其最优化。
对于使用伺服单元的用户来说，这是新型伺服系统最具吸引力的特点之一。
6.模块化和网络化
在国外，以工业局域网技术为基础的工厂自动化（Factory Automation 简称FA）工程技术在最近十年来得到了长足的发展，并显示出良好的发展势头。
为适应这一发展趋势，最新的伺服系统都配置了标准的串行通信接口（如RS-232Ｃ或RS-422接口等）和专用的局域网接口。
这些接口的设置，显著地增强了伺服单元与其它控制设备间的互联能力，从而与CNC系统间的连接也由此变得十分简单，只需要一根电缆或光缆，就可以将数台，甚至数十台伺服单元与上位计算机连接成为整个数控系统。
也可以通过串行接口，与可编程控制器（PLC）的数控模块相连。
综上所述，伺服系统将向两个方向发展。
一个是满足一般工业应用要求，对性能指标要求不高的应用场合，追求低成本、少维护、使用简单等特点的驱动产品，如变频电机、变频器等。
另一个就是代表着伺服系统发展水平的主导产品—伺服电机、伺服控制器，追求高性能、高速度、数字化、智能型、网络化的驱动控制，以满足用户较高的应用要求。