控制系統中的伺服運動

伺服運動控制系統在需要考慮位置和速度等運動的應用中尤其有用。簡單或較舊的電機以恒定速度和方向運行，只能通過打開和關閉電機來控制。

然而，伺服電機是一種更強大的機構。伺服電機通常配備高速和扭矩構建技術。它們通常采用更智能的控制方法，為運動控制創造更多可能性。這項技術現在廣泛用于自動化流程，其中伺服電機的速度和精度使制造商能夠提高生產效率。

由驅動器、電機、編碼器（放大）、執行器和傳感器組成的簡單伺服系統

假設我們需要將電機移動到目標，但目標的位置是可變的。這將使我們的電機需要穿越的距離（其軸旋轉的次數）可變。我們需要一種方法讓電機始終知道其相對于目標位置的位置，以成功完成此運動。我們需要反饋。

反饋裝置的重要性

使用伺服電機時，您通常會看到內置的反饋設備，例如編碼器或旋轉變壓器。這些反饋裝置持續監控電機軸的位置。有了這些信息，電機不僅知道它的軸位置，而且可以實時推導出它的速度。有了這些信息，我們可以命令電機以更可控的方式移動并執行更復雜的任務。

反饋使我們能夠將我們命令電機執行的運動與電機實際執行的運動進行比較。有時會有偏差。假設我們命令電機以60 RPM移動，并且我們希望它在1秒內達到該速度。然后我們通過電機的繞組發送一些電流，軸斜升至60 RPM。

如果我們試圖移動的物體的負載和重量在控制這個速度的同時增加怎么辦？如果我們繼續發出與以前相同的電流，我們的電機將動力不足。加速到60 RPM可能需要更長的時間，或者它可能沒有足夠的電流來克服系統中的摩擦，而電機只是停轉而不移動。我們需要適應。

反饋使我們能夠監控情況并在此過程中進行更正。在這種情況下，隨著電機負載的增加，電機會發現并沒有達到預期的效果，會增加電機中的電流量以獲得所需的速度和加速度。如果它發送太多并且轉子以大于60 RPM的值旋轉，它將減少通過電機的電流以將速度降低回60 RPM。

它不斷監測實際運動并與所需運動進行比較，并迅速調整它發送到電機的電流量，使實際運動越來越接近所需的命令運動。

這個命令、比較和校正的過程稱為閉環反饋控制。它是伺服系統的主要特征之一，使它們能夠執行復雜而精確的運動。沒有反饋，當今的大部分工業和自動化都無法實現。至少，它不可能發生得如此迅速、可靠和自動。

伺服電機反饋裝置

反饋設備本身通常以旋轉變壓器或編碼器的形式出現。

這是提供電機軸位置反饋的兩種不同技術。盡管它們執行相同的功能，但兩種技術之間存在差異，這使得它們更適合特定應用。但是，這兩種設備之間存在一些重疊，并且某些應用程序可以在任一類型的設備上成功運行。

它們可以由最終用戶安裝在電機軸的外部，也可以由制造商安裝在電機外殼的內部。編碼器可以非常精確，但它們也可能很昂貴并且對振動和沖擊等力在物理上很敏感。旋轉變壓器可能更便宜且看起來堅不可摧，但它們可能缺乏高精度應用所需的位置分辨率。

在文章中，我們講解了伺服電機的基本知識，一些關鍵部件，以及它們在反饋系統中的重要性。本系列的第二部分將進一步探討不同類型的反饋設備及其工作原理。