前面我們說過，伺服是一種通過使用反饋來為所需的運行操作提供精確控制的動力傳動技術(shù)，所以，在使用伺服技術(shù)時就必然會涉及到這樣一些類型的產(chǎn)品部件：

 

PicSource：AKD | Kollmorgen

 

動力源：

為伺服系統(tǒng)的運行提供所需的動力供給。

 

動力轉(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)動力給定，經(jīng)調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)換成所需的驅(qū)動輸出，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)械負(fù)載提供相應(yīng)的可變動力源。

 

PicSource：IndraDrive MI | Rexroth

 

傳動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

將上述可變動力轉(zhuǎn)換為物體運動所需的機(jī)械動力，并傳遞到目標(biāo)對象的機(jī)械負(fù)載上，從而最終驅(qū)動其完成各種復(fù)雜的運行動作。

 

PicSource：IMS-A | Rexroth

 

運控反饋元件：

為了能夠讓運控性能更加接近設(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獲取應(yīng)用對象的位置、速度...等運動狀態(tài)，并將其與預(yù)設(shè)目標(biāo)值進(jìn)行實時比對，然后依據(jù)偏差的大小快速調(diào)節(jié)其動力響應(yīng)輸出。

 

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

 

PicSource：VTEM Motion Terminal | Festo

 

氣動和液壓

 

盡管氣動和液壓伺服在當(dāng)今的自動化運控市場并不十分常見，但在很多行業(yè)應(yīng)用場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單提一提。

 

氣動和液壓伺服都是以流體壓力作為動力驅(qū)動和控制負(fù)載運行的，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，能夠為氣動或液壓系統(tǒng)提供流體壓縮動力的，自然就是泵站，也就是空壓機(jī)和液壓站。它們通過內(nèi)部的電機(jī)驅(qū)動葉輪旋轉(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)定的流體壓縮動力。

 

PicSource：VTEM Motion Terminal | Festo

 

但此時管路中的壓縮動力是不能直接用來控制負(fù)載運動的，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)流閥可以手動實現(xiàn)最基本的速度調(diào)節(jié)；通過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力，那么氣缸或液壓缸就是基于這些流體壓縮動力最終驅(qū)動和控制負(fù)載運動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。無論是氣缸還是液壓缸，其原理都是通過流體壓縮后產(chǎn)生的壓力驅(qū)動其內(nèi)部推桿產(chǎn)生活塞式運動，因此這些缸的輸出都是在有限行程范圍內(nèi)的往復(fù)直線運動，并能夠在其末端產(chǎn)生一定的推力或拉力。

 

PicSource：MPA positioning sensor | SICK

 

上面說的這些其實都僅僅是氣動和液壓技術(shù)在動力傳動環(huán)節(jié)的產(chǎn)品，而要能夠?qū)⑵浞Q之為伺服并用于實現(xiàn)精準(zhǔn)的運動控制，反饋裝置則是必不可少的。在氣動和液壓伺服系統(tǒng)中，通常會使用專門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)則會基于傳感器的反饋與設(shè)定的應(yīng)用參數(shù)，通過對各類閥的開閉動作進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，調(diào)整缸體內(nèi)流體的壓力和方向，以最終實現(xiàn)對負(fù)載運行姿態(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)運控領(lǐng)域的絕對主力。

 

PicSource：SINAMICS S120

 

變頻伺服，顧名思義，它是以可變頻交流電為動力的伺服技術(shù)。而我們知道，以我們目前掌握的電力驅(qū)動技術(shù)來說，這種可變頻率的交流電基本上必須通過直流電逆變生成的，因此，變頻伺服系統(tǒng)所使用的動力通常是來自穩(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)動器（俗稱“伺服驅(qū)動器”）作為中間的動力轉(zhuǎn)換裝置。在伺服系統(tǒng)中使用的變頻伺服驅(qū)動器與一般的工業(yè)變頻器在工作原理上并沒有太大的差別，不過由于其所面對的設(shè)備應(yīng)用在運行精度和動態(tài)性能方面有著更為嚴(yán)苛的要求，因此往往會表現(xiàn)出更加激進(jìn)的控制特性（如：較高的頻響帶寬），與此同時，集成運控反饋端口也就成為了伺服驅(qū)動器的標(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)械動力的傳動執(zhí)行部件通常是各類電機(jī)，這個也是和一般的變頻傳動技術(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)的動態(tài)響應(yīng)特性，變頻伺服通常會使用集成運動反饋的永磁同步電機(jī)。

 

PicSource：eMotion-6000 | Rexroth

 

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

 

PicSource：WITTENSTEIN

 

在將旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的輸出動力傳遞到最終運動負(fù)載的過程中，運控系統(tǒng)系統(tǒng)往往還需要使用到各種伺服級別的機(jī)械傳動組件，如：聯(lián)軸器、減速機(jī)、同步帶、絲杠...等等，這一點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，伺服系統(tǒng)還可能會在某個負(fù)載工位上使用不止一個編碼器反饋，以減少因中間傳動環(huán)節(jié)引起的測量誤差，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)反饋精度。

 

PicSource：B&R Automation

 

當(dāng)然，在使用伺服傳動技術(shù)時，除了上面提到的這些高性能驅(qū)動和反饋裝置，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越高，其機(jī)電系統(tǒng)也正在變得越來越龐大、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，于是我們看到了市面上不斷涌現(xiàn)出來的各式各樣的機(jī)電一體化產(chǎn)品，如：集成驅(qū)動電機(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，掌握伺服運控技術(shù)，將會在很大程度上促進(jìn)工廠自動化方面技術(shù)能力的提升。