应用探讨——伺服的基本知识讨论

市场对产品精度的要求似乎是没有止境的，这对各种生产机械也提出了更高的要求，产品更换，技术升级，越来越多的新技术都被引入到生产机械中来，伺服控制技术也以其高动态响应，高控制精度，频频映入大家的眼帘。但伺服控制技术门槛高，产品使用难，调试步骤繁琐，令很多初学者望而却步。真的是这样吗？其实不然。众人拾柴火焰高，让我们一起讨论——
（1）什么是伺服？为什么要用伺服？
（2）什么是伺服电机？它有什么特点？
（3）编码器的类型有哪些？各有什么应用场合？
（4）如何实现伺服控制？
建立了这些基本概念，伺服控制也就没那么玄虚了，所以希望能够在网上与各位网友讨论一下这些基本问题，弄清楚是什么、为什么、怎么做，将伺服控制产品更好到应用到实际当中，让机器工作得更好，让产品质量更高。
活动奖励：
此次集中交流将持续至6月2日，其中所有精华帖作者将获得加倍精华奖励积分；最终所有有效留帖的网友将获得加倍发帖积分。更多积分带给您更多奖品兑换的自由。
对于有突出发言贡献的网友，还可以在当前的可兑换奖品中免费挑选任一款奖品。
交流结束后也将专门整理重要内容，供广大网友分享参考。
预祝大家交流愉快，收获丰富！

伺服，顾名思义，就是伺候服务，就象走路一样一种方式就是一直往前走（不往两边看），另一种方式就是参照路边的指示牌等参照物作为“服务”，给大脑提供控制行走快慢、目的地依据。在控制领域也一样，系统的“服务”就是一个提供闭环反馈信号来控制位置、转距、转速，如编码器等传感器；大脑呢就是相当于伺服控制器，用来提供控制的详细数据，如快慢、位置等数据，不知道这样的理解是否贴切。

伺服，是从英文servo音译过来的。
随着现代社会的发展，对运动控制的要求越来越高，伺服控制应运而生，不仅要求调速，还要求电机按各种各样的工艺要求实现各种不同的运动，这就是伺服电机。
伺服电机相比普通电机有超高的动态响应，能实现高精度、超快速的运动控制功能，如果精确定位、快速跟随、曲线插补等。

1.伺服是使物体的位置、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、速度和位置控制的非常灵活方便。
2.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。

对电机控制精度比较高的地方用的到伺服，伺服电机上的旋转编码器可以检测到电机的实际转速，可以理解为电机与驱动器间为一闭环控制系统。
控制器对脉冲的控制其实就是对伺服电机的控制。
以上是我的一些理解。

以下是个人理解，欢迎指正。
这里我要纠正一下：伺服系统≠闭环控制系统。
伺服servo一词源于希腊词——“奴隶”。也就是说是个得心应手，让它干啥就干啥的好工具。标准的解释伺服系统应该是：实现输出变量精确地跟随或复现输入变量的控制系统。
从这个词和定义上说伺服就是你让它做什么，它严格做什么。
所以伺服系统应该是分有 开环 全闭环 半闭环 三种控制类型。
很多书上将伺服直接理解成闭环控制，当然也有如上解释的。
所以我们应该将能够精确控制速度的电机统称为伺服电机（或控制电机），这符合伺服的起源定义。只是大家平时习惯了将闭环控制的电机称为“伺服电机”。我们下面也沿用这个错误的称法。
说到伺服电机，不得不提步进电机。很多人说步进电机不是伺服电机，就是源于认为闭环控制的才是伺服。这里我们不争论，因为但凡讲伺服电机的书不管怎么写伺服电机，都会和步进电机矫情一番。或认为是一类，或认为不是一类。这里我们对比一下伺服电机和步进电机，方便我们理解伺服电机。
伺服电机是闭环控制，通过编码器反馈等完成，即会实时测定电机的速度；步进电机是开环控制，输入一个脉冲步进电机就会转过一固定的角度，但是不对速度进行测定。
伺服电机的启动转矩很大，即启动快。很短的时间内就可以达到额定速度。适宜频繁启停而且有启动转矩要求的情况，同时伺服电机的功率可以做到很大，在生产中用的很广泛。
步进电机的启动，就比较慢，要经过频率从低到高的过程。
步进电机一般不具备过载能力，而伺服电机的过载可是很厉害的。步进电机步进角是其重要参数，因为是脉冲驱动所以用多重细分法可以将步进电机的精度大大的提高。
当然这些电机都属于伺服电机。罗列了这些就是为了说明伺服电机应该是能够实现精确控制的电机，其过冲角很小的电机。或者理解成其惯性能够被快速抑制的电机。（我感觉我说得有点乱了，不好意思，有空继续。伟大 光荣 正确的领导喊我去装系统了!）

楼上的回答，感觉好有权威。
我想把伺服控制与矢量控制做一下比较吧。因为在STARTER软件里，配置驱动器有两种方式SERVO和VECTOR。
我觉得伺服控制的目标是位置。而矢量控制的目标是速度和转矩。因为控制目标的不同，所使用的硬件也不同。
在SERVO控制时，电机要用伺服电机，编码器要用精度比较高的。如果是同步电机，那么编码器一定要能够反映磁极位置，不然得有霍尔元件。
在VECTOR控制时，电机要用普通工业电机，一般就是三相异步鼠笼电机。编码器用HTL/TTL编码器的比较常见。

关于伺服电机的概念各位都说得很详细了，那我就说一说编码器吧
什么叫编码器？

编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的仪表设备。

1、按码盘的刻空方式不同分类：（现在的编码器分类方法很多，只说一下常用的分类）
（1）绝对值型编码器：在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码盘，每条道上有透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区树木是双倍关系，码盘上的码道数是它的二进制数码的位数，在吗盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件，当吗盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。

（2）增量式编码器原理：转轴每转过规定的单位角度后就发出一脉冲信号（也有发正弦信号，然后对其细分，斩波出更高的脉冲），通常为A、B、C三相输出，A、B两相为相互延迟4\1周期的脉冲输出根据延迟关系可以判断正反转，通过利用A相、B相的上升沿、下降沿可进行2倍、4倍频处理，Z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲。
2、以编码器的机械安装形式分类：
（1）有轴型 有轴型又可分为夹紧法兰型，同步法兰型，伺服安装型等
（2）轴套型 轴套型又可分为半空型、全空型、大口径型
编码器应用场合　
编码器主要应用于数控机床及机械附件、机器人、自动装配机、自动生产线、　　电梯、纺织机械、缝制机械、包装机械（定长）、印刷机械（同步）、木工机械、塑料机械（定数）、橡塑机械、制图仪、测角仪、疗养器 雷达等。　

楼上关于“什么是伺服”的讨论都已经很深入了。
简单总结一下。

伺服定义
伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。

伺服系统定义
伺服系统—是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值(或给定值)的任意变化的自动控制系统。 伺服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距、速度和位置控制得非常灵活方便。
通常根据伺服驱动机的种类来分类，有液压式、气动式以及电气式。液压伺服系统与电气伺服系统相比有三个优点：
1) 体积小，重量轻，惯性小，可靠性好，输出功率大；
2) 快速性好；
3) 刚度大(即输出位移受外负载影响小)，定位准确。
缺点是加工难度高，抗污染能力差，维护不易，成本较高。根据气动伺服系统按功能一般可分为：
1) 位置控制系统
2) 速度控制系统
3) 力控制系统
4) 位置与力复合控制系统
其中，位置控制系统和力控制系统应用研究比较多，速度控制系统应用研究比较少。气动伺服的缺点是定位精度低。 电气式伺服系统根据电气信号可分为DC直流伺服系统和AC交流伺服系统二大类。AC交流伺服系统又有异步电机伺服系统和同步电机伺服系统两种。

这里只讨论电气式伺服系统中的一种—交流永磁同步电机伺服系统。这是目前应用最为广泛的一种伺服控制系统。

是要循序渐进得了解西门子运动控制系统吧。
1.宏观原理介绍
2.宏观常见应用
3.看看西门子的SIMOTION是如何实现这些功能的。

那就是，先说说伺服控制技术，说说硬件：控制器、电机、编码器。再说说软件应用：回零、电子齿轮、电子凸轮、插补、快速点输入输出、通讯等等。最后看看SIMOTION如何实现这些功能。
说到哪儿了？该编码器和电机了吧——
海德汉的编码器样本应该比较有说服力吧。伺服控制的编码器，最好用绝对值编码器，然后与永磁同步伺服电机配合使用。
绝对值编码器的常用接口有SSI和ENDAT两种。ENDAT是最近才出来的东东吧，记得以前碰到的都是SSI的。
如果是增量式编码器，根据输出信号类型而不同，有高低电平信号HTL/TTL，也有正余弦信号Sin/Cos的。相比之下，后者因为输出是电压连续变化的信号，所以仍然可以对这个信号进行细分，比如每周2048个脉冲，而每个脉冲又可分成2048份（即11位），那么电机转一圈，可以分成2048*2048份，大大提高了反馈的精度。
在应用场合比较恶劣的情况下，比如振动大，噪音大的地方，只能用旋转变压器Resolver了。Resolver的输出信号与极对数有关。一次侧一对极，那么一周能输出一个正余弦信号。再细分这个信号就可以了。

伺服电机在自动控制系统中用作执行元件，它将接收到的控制信号转换为轴的角位移或角速度输出。通常的控制方式有三种：
①通讯方式，利用RS232或RS485方式与上位机进行通讯，实现控制；
②模拟量控制方式，利用模拟量的大小和极性来控制电机的转速和方向；
③差分信号控制方式，利用差分信号的频率来控制电机速度。

"伺服"一词来源与Servant;取名伺服是因为使用伺服电机的机械装置接照人类的指示忠实的运行!在JIS的定义:伺服结构是指,“物体的位置、方位、状态等被控量能够跟随输入目标的任意变化的控制系统”

一、伺服控制概念：
伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统.
机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。
二、伺服驱动形式：
1、按被控量参数特性分类
按被控量不同，机电一体化系统可分为位移、速度、力矩等各种伺服系统。其它系统还有温度、湿度、磁场、光等各种参数的伺服系统
2、按驱动元件的类型分类
按驱动元件的不同可分为电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺服系统。电气伺服系统根据电机类型的不同又可分为直流伺服系统、交流伺服系统和步进电机控制伺服系统。
3、按控制原理分类
按自动控制原理，伺服系统又可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。
三、机电系统对伺服系统的要求：
机电一体化伺服系统要求具有良好的动态性、高效率、精度高、响应速度快、稳定性好、负载能力强和工作频率范围大等基本要求，同时还要求体积小、重量轻便于计算机控制、维修安装方便、可靠性高和成本低等。
四、伺服系统常用控制电动机
基本控制方式：开环方式（步进电动机）、半闭环方式和全闭环方式（其它电动机）
常用电机：
1、步进电动机
2、直流（DC）伺服电动机
3、交流（AC）伺服电动机，包括永磁同步伺服电机及交流异步伺服电机等。
五、伺服控制系统术语
1、伺服使能：允许或开通伺服驱动器工作
2、伺服定位完成：当用于脉冲定位控制时，发送到伺服驱动器的脉冲最后都会从伺服电机的转动进行减计数，直到把脉冲都发完。当然很多时候是发不完的，但是驱动器上有个限定范围，在此范围内，都认为是已处理完，都认为已经完成定位。并输出一个信号“已完成”
3、伺服准备好：伺服使能后，伺服驱动器本身经过自己的检测没发现有其它故障现象时，产生一个“准备好”的电平信号，用于通知外部设备“我驱动器都已经准备好了”，外部设备可依此开始进行控制了。
4、伺服报警清除：当驱动器检测到故障后，会产生报警显示以及报警输出，如果想继续正常工作，就要排除故障后，进行报警的清除或者重新上电。输入一个报警清除信号（比如说一个按钮的按下）到驱动器的接口上，就可以清除故障，否则驱动器不会进行下一步的工作的。当然如果还有故障的话，还是会再显示故障的。
5、伺服脉冲误差清除：往往驱动器接收的脉冲并没有完全处理完，就像上面说的，还有少数脉冲并没有发完，但是为了下一个位置控制不受到这些残留的脉冲（相当于是误差）的影响，就要把它们都清除掉。

我们这边西门子私服系统，都用的DP通信。DP也挂变频器，都用的是PP0通信。而这方面的资料又太少，而且很难懂。所以我们定设备时，都指明AB的系统。

西门子的DP 网络，上要是挂变频器，问题就来了。总是报网络问题。外国的设备网头，又多40多个把。有一次换到20多个。头疼啊
谁有好的放法？辨别网头的好坏。

1伺服源于希腊语“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。伺服机构可以进行 位置 速度 转矩的单项控制及组合控制。为了实现既灵敏又高精确的动作，始终确认自己动作的状态，避免与指令发生偏差而不断进行反馈，这就是伺服机构的特点。
2伺服电动机一般分为直流伺服和交流伺服。
对于直流伺服马达，
优点:精确的速度控制,转矩速度特性很硬,原理简单、使用方便,价格优势
缺点:电刷换向,速度限制,附加阻力,产生磨损微粒(对于无尘室)
对于交流伺服马达
优点:良好的速度控制特性，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡;高效率，90%以上，不发热;高速控制;高精确位置控制（取决于何种编码器）;额定运行区域内，实现恒力矩;低噪音;没有电刷的磨损，免维护;不产生磨损颗粒、没有火花，适用于无尘间、易暴环境
惯量低;
缺点:控制较复杂,驱动器参数需要现场调整PID参数整定,需要更多的连线
直流伺服电动机的应用：
直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。
交流伺服电动机的应用：
交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中
3编码器分绝对值编码器和增量式编码器。增量式编码器输出相对值，针对旋转角的变化量输出脉冲。结构简单，价格相对低些。 绝对值编码器输出绝对值，针对旋转角的绝对值，因此可以在断电后无需进行回零操作。
4实现伺服的控制一种通过直接发脉冲数来实现控制，如200+V80 V60等
另外一种是利用运动控制中通过软件将轴配成直线轴或旋转轴，通过给定距离（mm）或角度（。）来实现轴的控制

1.　伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统， 伺服系统
其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。
2.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
3.永磁交流伺服电动机
　　20世纪80年代以来，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，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，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产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。
优缺点
　　永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： 　
　⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 　　
⑵定子绕组散热比较方便。 　　
⑶惯量小，易于提高系统的快速性。 　　
⑷适应于高速大力矩工作状态。 　　
⑸同功率下有较小的体积和重量。 　　
主要缺点： 　　
（1）永磁交流伺服系统采用了编码器检测磁极位置，算法复杂； 　　
（2）交流伺服系统维修比较麻烦，因为电路结构复杂； 　　
（3）交流伺服驱动器可靠性不如直流伺服，因为板件太过于精密

西门子都用ProfiDrive了，这是国标了吧。PPO好像有点过时了。
用ProfiDrive就不用自己一个一个组态连接了，用起来也很方便。在伺服系统里，比如SIMOTION一般用105报文，包含了编码器和DSC的信息，也有转矩限幅信息。

伺服电动机看起来很斯文，但动起来力矩极大，动作极快。