圖1 伺服驅(qū)動(dòng)器原理框圖

　　伺服驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)

　　伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，在主回路中還加入了軟啟動(dòng)電路，以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。

　　整流部：通過(guò)整流部，將交流電源變?yōu)橹绷麟娫矗?jīng)電容濾波，產(chǎn)生平穩(wěn)無(wú)脈動(dòng)的直流電源。

　　逆變部：由控制部過(guò)來(lái)的SPWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)IGBT，將直流電源變?yōu)镾PWM波形，以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。

　　控制部分：伺服單元采用全數(shù)字化結(jié)構(gòu)，通過(guò)高性能的硬件支持，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的軟件化，現(xiàn)在所有的伺服已采用(DSP數(shù)字信號(hào)處理)芯片，DSP，能夠執(zhí)行位置、速度、轉(zhuǎn)矩和電流控制器的功能。給出PWM信號(hào)控制信號(hào)作用于功率驅(qū)動(dòng)單元，并能夠接收處理位置與電流反饋，具有通訊接口。

　　編碼器：伺服電機(jī)配有高性能的轉(zhuǎn)角測(cè)量編碼器，可以精確測(cè)量轉(zhuǎn)子的位置與電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　目前，伺服控制系統(tǒng)的輸出器件越來(lái)越多地采用開(kāi)關(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，主要有大功率晶體管(GTR)、功率場(chǎng)效應(yīng)管 (MOSFET)和絕緣門極晶體管(IGPT)等。這些先進(jìn)器件的應(yīng)用顯著地降低了伺服單元輸出回路的功耗，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低了運(yùn)行噪聲。

　　尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始使用一種把控制電路功能和大功率電子開(kāi)關(guān)器件集成在一起的新型模塊，稱為智能控制功率模塊(Intelligent Power Modules，簡(jiǎn)稱IPM)。這種器件將輸入隔離、能耗制動(dòng)、過(guò)溫、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)及故障診斷等功能全部集成于一個(gè)不大的模塊之中。其輸入邏輯電平與TTL信號(hào)完全兼容，與微處理器的輸出可以直接接口。它的應(yīng)用顯著地簡(jiǎn)化了伺服單元的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)的小型化和微型化。

　　結(jié)構(gòu)組成

　　機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，類型繁多，但從自動(dòng)控制理論的角度來(lái)分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器，被控對(duì)象，執(zhí)行環(huán)節(jié)，檢測(cè)環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)等五部分。

　　比較環(huán)節(jié)

　　比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號(hào)的環(huán)節(jié)，通常由專門的電路或計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　控制器

　　控制器通常是計(jì)算機(jī)或PID控制電路，其主要任務(wù)是對(duì)比較元件輸出的偏差信號(hào)進(jìn)行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動(dòng)作。

　　執(zhí)行環(huán)節(jié)

　　執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號(hào)的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓，氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等。

　　被控對(duì)象

　　機(jī)械參數(shù)量包括位移，速度，加速度，力，和力矩為被控對(duì)象。

　　檢測(cè)環(huán)節(jié)

　　檢測(cè)環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。