前面我們說(shuō)過(guò)，伺服是一種通過(guò)使用反饋來(lái)為所需的運(yùn)行操作提供精確控制的動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)，所以，在使用伺服技術(shù)時(shí)就必然會(huì)涉及到這樣一些類型的產(chǎn)品部件：

 

PicSource：AKD | Kollmorgen

 

動(dòng)力源：

為伺服系統(tǒng)的運(yùn)行提供所需的動(dòng)力供給。

 

動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置：

其作用是根據(jù)應(yīng)用工藝，將輸入側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力給定，經(jīng)調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)換成所需的驅(qū)動(dòng)輸出，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載提供相應(yīng)的可變動(dòng)力源。

 

PicSource：IndraDrive MI | Rexroth

 

傳動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

將上述可變動(dòng)力轉(zhuǎn)換為物體運(yùn)動(dòng)所需的機(jī)械動(dòng)力，并傳遞到目標(biāo)對(duì)象的機(jī)械負(fù)載上，從而最終驅(qū)動(dòng)其完成各種復(fù)雜的運(yùn)行動(dòng)作。

 

PicSource：IMS-A | Rexroth

 

運(yùn)控反饋元件：

為了能夠讓運(yùn)控性能更加接近設(shè)備工藝所需要達(dá)到的應(yīng)用指標(biāo)，伺服系統(tǒng)需要借助反饋裝置即時(shí)獲取應(yīng)用對(duì)象的位置、速度...等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將其與預(yù)設(shè)目標(biāo)值進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，然后依據(jù)偏差的大小快速調(diào)節(jié)其動(dòng)力響應(yīng)輸出。

 

不過(guò)，考慮到實(shí)際應(yīng)用中不同類型伺服系統(tǒng)在動(dòng)力選擇上的差異，如：液壓、氣動(dòng)或變頻...等等，它們所涉及到的產(chǎn)品自然也會(huì)有很大的不同。

 

PicSource：VTEM Motion Terminal | Festo

 

氣動(dòng)和液壓

 

盡管氣動(dòng)和液壓伺服在當(dāng)今的自動(dòng)化運(yùn)控市場(chǎng)并不十分常見(jiàn)，但在很多行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合中它們還是具備極強(qiáng)的不可替代性。因此有必要在這里先簡(jiǎn)單提一提。

 

氣動(dòng)和液壓伺服都是以流體壓力作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和控制負(fù)載運(yùn)行的，因此二者在產(chǎn)品形態(tài)和系統(tǒng)架構(gòu)上有著不少相似之處。

 

PicSource：CytroPac

 

首先，能夠?yàn)闅鈩?dòng)或液壓系統(tǒng)提供流體壓縮動(dòng)力的，自然就是泵站，也就是空壓機(jī)和液壓站。它們通過(guò)內(nèi)部的電機(jī)驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，壓縮流體管路的氣體或液壓油，然后借助特定的壓力調(diào)節(jié)裝置，在系統(tǒng)回路（氣路或油路）中產(chǎn)生穩(wěn)定的流體壓縮動(dòng)力。

 

PicSource：VTEM Motion Terminal | Festo

 

但此時(shí)管路中的壓縮動(dòng)力是不能直接用來(lái)控制負(fù)載運(yùn)動(dòng)的，原因在于其輸出的方向和大小并未根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行過(guò)調(diào)節(jié)和控制，這就需要在流體回路中使用各種閥。例如：用節(jié)流閥可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)最基本的速度調(diào)節(jié)；通過(guò)帶有控制輸入的比例方向閥或比例壓力閥，能夠?qū)敵鏊俣然驂毫M(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；而如果要做到比較精準(zhǔn)的位置控制，就需要用到伺服比例閥，并結(jié)合特定的位置反饋裝置。

 

PicSource：PARKER HANNIFIN

 

如果說(shuō)各類閥的作用是將泵站的輸出經(jīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成應(yīng)用所需的可變流體動(dòng)力，那么氣缸或液壓缸就是基于這些流體壓縮動(dòng)力最終驅(qū)動(dòng)和控制負(fù)載運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。無(wú)論是氣缸還是液壓缸，其原理都是通過(guò)流體壓縮后產(chǎn)生的壓力驅(qū)動(dòng)其內(nèi)部推桿產(chǎn)生活塞式運(yùn)動(dòng)，因此這些缸的輸出都是在有限行程范圍內(nèi)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，并能夠在其末端產(chǎn)生一定的推力或拉力。

 

PicSource：MPA positioning sensor | SICK

 

上面說(shuō)的這些其實(shí)都僅僅是氣動(dòng)和液壓技術(shù)在動(dòng)力傳動(dòng)環(huán)節(jié)的產(chǎn)品，而要能夠?qū)⑵浞Q之為伺服并用于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制，反饋裝置則是必不可少的。在氣動(dòng)和液壓伺服系統(tǒng)中，通常會(huì)使用專門(mén)的氣缸或油缸位置傳感器（例如：缸體內(nèi)置的霍爾元件...等），而設(shè)備控制系統(tǒng)則會(huì)基于傳感器的反饋與設(shè)定的應(yīng)用參數(shù)，通過(guò)對(duì)各類閥的開(kāi)閉動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，調(diào)整缸體內(nèi)流體的壓力和方向，以最終實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載運(yùn)行姿態(tài)的控制。

 

PicSource：Σ-7 | YASKAWA

 

變頻伺服

 

必須承認(rèn)，由于技術(shù)日趨成熟，以及總體成本和技術(shù)門(mén)檻不斷降低，變頻伺服已經(jīng)在大量應(yīng)用中取代了包括上述氣動(dòng)和液壓在內(nèi)的其他類型的伺服技術(shù)，逐漸成為工業(yè)運(yùn)控領(lǐng)域的絕對(duì)主力。

 

PicSource：SINAMICS S120

 

變頻伺服，顧名思義，它是以可變頻交流電為動(dòng)力的伺服技術(shù)。而我們知道，以我們目前掌握的電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)來(lái)說(shuō)，這種可變頻率的交流電基本上必須通過(guò)直流電逆變生成的，因此，變頻伺服系統(tǒng)所使用的動(dòng)力通常是來(lái)自穩(wěn)定的直流電源，可以是電池組，也可以是能夠?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電的整流裝置。

 

PicSource：Lexium 62 D

 

有了穩(wěn)定的直流電源，要產(chǎn)生可變頻率的交流電輸出，就需要使用變頻驅(qū)動(dòng)器（俗稱“伺服驅(qū)動(dòng)器”）作為中間的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置。在伺服系統(tǒng)中使用的變頻伺服驅(qū)動(dòng)器與一般的工業(yè)變頻器在工作原理上并沒(méi)有太大的差別，不過(guò)由于其所面對(duì)的設(shè)備應(yīng)用在運(yùn)行精度和動(dòng)態(tài)性能方面有著更為嚴(yán)苛的要求，因此往往會(huì)表現(xiàn)出更加激進(jìn)的控制特性（如：較高的頻響帶寬），與此同時(shí)，集成運(yùn)控反饋端口也就成為了伺服驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)配。

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

在變頻伺服系統(tǒng)中，將可變頻交流電轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力的傳動(dòng)執(zhí)行部件通常是各類電機(jī)，這個(gè)也是和一般的變頻傳動(dòng)技術(shù)類似的。但為了能夠在更寬的速度范圍內(nèi)（尤其是低速）獲得優(yōu)質(zhì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，變頻伺服通常會(huì)使用集成運(yùn)動(dòng)反饋的永磁同步電機(jī)。

 

PicSource：eMotion-6000 | Rexroth

 

此外，為了能夠簡(jiǎn)化設(shè)備系統(tǒng)的傳動(dòng)環(huán)節(jié)、提升綜合傳動(dòng)效率和控制性能，除了有普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)以外，變頻伺服的傳動(dòng)執(zhí)行部件還經(jīng)常會(huì)有一些不同類型的動(dòng)力輸出形式，如：旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)、直線電機(jī)、直線電動(dòng)缸...等等。

 

PicSource：WITTENSTEIN

 

在將旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的輸出動(dòng)力傳遞到最終運(yùn)動(dòng)負(fù)載的過(guò)程中，運(yùn)控系統(tǒng)系統(tǒng)往往還需要使用到各種伺服級(jí)別的機(jī)械傳動(dòng)組件，如：聯(lián)軸器、減速機(jī)、同步帶、絲杠...等等，這一點(diǎn)也是有必要提醒大家注意的。

 

PicSource：Kubler

 

同樣，變頻伺服也需要使用反饋裝置，也就是編碼器，這是所有伺服運(yùn)控系統(tǒng)都必備的。如果是旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，一般就是其軸末端的反饋編碼器；若是直線電機(jī)，則是直線編碼器和光柵尺；有時(shí)，伺服系統(tǒng)還可能會(huì)在某個(gè)負(fù)載工位上使用不止一個(gè)編碼器反饋，以減少因中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)引起的測(cè)量誤差，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)反饋精度。

 

PicSource：B&R Automation

 

當(dāng)然，在使用伺服傳動(dòng)技術(shù)時(shí)，除了上面提到的這些高性能驅(qū)動(dòng)和反饋裝置，往往還需要有包括：控制器、輸入輸出 I/O 模組、傳感器、軟件、網(wǎng)絡(luò)、安全、連接器、線纜...等在內(nèi)的各類產(chǎn)品和技術(shù)組件。不難看出，這幾乎已經(jīng)是一套完整的設(shè)備控制系統(tǒng)了。

 

PicSource：ELAU packaging solutions

 

另外，隨著工業(yè)設(shè)備的智能化程度越來(lái)越高，其機(jī)電系統(tǒng)也正在變得越來(lái)越龐大、復(fù)雜，各類部件之間各種功能和結(jié)構(gòu)上的集成與融合也就是很自然的發(fā)展趨勢(shì)，于是我們看到了市面上不斷涌現(xiàn)出來(lái)的各式各樣的機(jī)電一體化產(chǎn)品，如：集成驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電驅(qū)傳輸軌道、集成減速機(jī)電機(jī)...等等。

 

這就是為什么我一直說(shuō)，掌握伺服運(yùn)控技術(shù)，將會(huì)在很大程度上促進(jìn)工廠自動(dòng)化方面技術(shù)能力的提升。