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1基本概念

伺服機構(gòu)理論（servomechansim theory）起源于二次世界大戰(zhàn)期間，美軍為了發(fā)展具有自動控制功能的雷達追蹤系統(tǒng)，委托了麻省理工學院發(fā)展控制機械系統(tǒng)的閉回路控制技術(shù)，以強化巡航導彈等導向武器度，此一發(fā)展奠定了后來伺服機構(gòu)理論的基礎(chǔ)。而微處理器及集成電路的不斷進化，不僅帶動了資訊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也間接帶動了伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展。 

2構(gòu)造

伺服機構(gòu)（servomechanism）是指經(jīng)由閉回路控制方式達到一個機械系統(tǒng)位置、速度、或加速度控制的系統(tǒng)。
一個伺服系統(tǒng)的構(gòu)成通常包含受控體（plant）、致動器（actuator）、傳感器（sensor）、控制器（controller）等幾個部分。

受控體

系指被控制的物件，例如一個機械手臂，或是一個機械工作平臺。

致動器

它的功能在于主要提供受控體的動力，可能以氣壓、油壓、或是電力驅(qū)動的方式呈現(xiàn)，若是采用油壓驅(qū)動方式，則為油壓伺服系統(tǒng)。
絕大多數(shù)的伺服系統(tǒng)采用電力驅(qū)動方式，致動器包含了馬達與功率放大器，例如應用于伺服系統(tǒng)的特別設(shè)計馬達稱之為伺服馬達（servo motor），其裝置內(nèi)含位置回授裝置，如光電編碼器（optical encoder）或是解角器（resolver）。

控制器

一個傳統(tǒng)伺服機構(gòu)系統(tǒng)的組成，伺服驅(qū)動器主要包含功率放大器與伺服控制器。
以伺服馬達為例，其伺服控制器通常包含速度控制器與扭矩控制器，馬達通常提供類比式的速度回授信號，控制界面采用±10V的類比訊號，經(jīng)由外回路的類比命令，可直接控制馬達的轉(zhuǎn)速或扭矩。采用這種伺服驅(qū)動器，通常必須再加上一個位置控制器（position controller），才能完成位置控制。
主要應用于工業(yè)界的伺服馬達包括直流伺服馬達、永磁交流伺服馬達、與感應交流伺服馬達，其中又以永磁交流伺服馬達占絕大多數(shù)。控制器的功能在于提供整個伺服系統(tǒng)的閉路控制，如扭矩控制、速度控制、與位置控制等。
一般工業(yè)用伺服驅(qū)動器（servo drive）通常包含了控制器與功率放大器。伺服驅(qū)動器包含了伺服控制器與功率放大器，伺服馬達提供分辨率的光電編碼器回授信號。

3伺服機構(gòu)作用

伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得的位置、速度及動力輸出的自動控制系統(tǒng)。機械傳動是一種把動力機產(chǎn)生的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)的中間裝置，是一種扭矩和轉(zhuǎn)速的變換器，其目的是在動力機與負載之間使扭矩得到合理的匹配，并可通過機構(gòu)變換實現(xiàn)對輸出的速度調(diào)節(jié)。在機電一體化系統(tǒng)中，伺服電動機的伺服變速功能在很大程度上代替了傳統(tǒng)機械傳動中的變速機構(gòu)，只有當伺服電機的轉(zhuǎn)速范圍滿足不了系統(tǒng)要求時，才通過傳動裝置變速。由于機電一體化系統(tǒng)對快速響應指標要求很高，因此機電一體化系統(tǒng)中的機械傳動裝置不僅僅是解決伺服電機與負載間的力矩匹配問題。而更重要的是為了提高系統(tǒng)的伺服性能。為了提高機械系統(tǒng)的伺服性能，要求機械傳動部件轉(zhuǎn)動慣量小、摩擦小、阻尼合理。

4伺服機構(gòu)特點

1、轉(zhuǎn)動慣量小，過載能力大：一般伺服電機具有細長的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動慣量比普通電動機小幾個數(shù)量級；直流伺服電機具有5—8倍的過載能力，交流伺服電機具有3—5倍的過載能力。由于伺服電機轉(zhuǎn)動慣量小，過載能力大，具有很高的加/減速能力。對CNC機床要求伺服電機帶慣性負載加速到高轉(zhuǎn)速的時間小于100ms（間接判據(jù)）
2、轉(zhuǎn)矩脈動小，低速性能好，調(diào)速范圍大：伺服電機鐵芯槽數(shù)多，換向器片數(shù)多（直流伺服電機），正弦波電流驅(qū)動（交流伺服電機），因此轉(zhuǎn)矩脈動小，低速性能好。Kollmorgen公司的B/M系列伺服電機在BDS5系列伺服放大器驅(qū)動下，速度分辨率為0.00005rpm，調(diào)速范圍為15000000:1。實測轉(zhuǎn)動靈敏度為1角秒。
3、電機壽命長，防護等級高：伺服電機繞組絕緣等級高，一般為H級或B級絕緣，繞組壽命高。伺服電機一般采用含油軸承，免維護；軸承予加載，工作壽命長。伺服電機具有IP44以上的防護等級，允許在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作。B/M系列電機的防護等級為IP65，可選擇IP67。
4、可靠的電機過熱保護：一般在伺服電機殼體上裝有熱動開關(guān)或在伺服電機繞組內(nèi)埋有熱敏元件，防止電機過熱。它比用過載繼電器（熱繼電器）保護更可靠。
5、豐富的選件：伺服電機為適應各種機器的不同要求，備有很多選件供選擇。例如使用滾珠絲杠的垂直軸伺服電機，由于滾珠絲杠沒有自鎖能力，為防止系統(tǒng)斷電時運動部分下滑，可選擇帶防滑制動器的伺服電機。需要減速器的機器可以選擇帶齒輪頭（齒輪減速器）的伺服電機。另外象反饋元件，電纜連接器等都可以選擇。 [2] 

5系統(tǒng)介紹

伺服系統(tǒng)是通過伺服機構(gòu)使電動機與被調(diào)節(jié)對象連接的。在CNC車床上，使刀架作直線運動進行切削的刀架滑座為被調(diào)節(jié)對象；在CNC銑床上，使工件作直線運動進行切削的工作臺滑座為被調(diào)節(jié)對象；在艦炮控制中，使艦炮作方位回轉(zhuǎn)和俯仰回轉(zhuǎn)的滑座為被調(diào)節(jié)對象，等等。當被調(diào)節(jié)對象為直線運動時，伺服機構(gòu)需將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為被調(diào)節(jié)對象的直線運動；當被調(diào)節(jié)對象為旋轉(zhuǎn)運動時，伺服機構(gòu)則將電動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為符合被調(diào)節(jié)對象要求的轉(zhuǎn)速。
將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的伺服機構(gòu)有螺母—絲杠副，滾珠絲杠副，齒輪—齒條副，蝸母—牙條副，等等；將電動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為適合負載要求的轉(zhuǎn)速的伺服機構(gòu)有齒型帶傳動，齒輪減速器，行星齒輪減速器，諧波齒輪減速器，等等。
閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理是不斷比較被調(diào)節(jié)量與指令值計算出誤差值，并使被調(diào)量向減小誤差方向變化。被調(diào)量回饋到系統(tǒng)的輸入端與指令值進行比較稱為反饋，將被調(diào)量轉(zhuǎn)換為可以與指令值（電信號）相比較的電信號的裝置稱為反饋裝置。速度反饋裝置一般為測速發(fā)電機（測速頭），位置反饋裝置可以是光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器等。
反饋取至被調(diào)節(jié)對象，稱為全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；反饋取至電動機軸，稱為半閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的伺服機構(gòu)的誤差可以得到系統(tǒng)的閉環(huán)補償，因此調(diào)節(jié)精度高，但要求伺服機構(gòu)剛性好，傳動間隙小，否則得不到較好的補償效果。半閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于伺服機構(gòu)在閉環(huán)外，調(diào)節(jié)系統(tǒng)有較好的動態(tài)性能，但機械傳動系統(tǒng)的誤差（絲杠螺距誤差，傳動間隙）得不到閉環(huán)補償。CNC機床利用CNC系統(tǒng)的存儲式螺距誤差補償和間隙補償功能對絲杠螺距誤差和傳動間隙進行開環(huán)補償，但由于傳動系統(tǒng)剛性不足產(chǎn)生的彈性變形引起的隨機誤差無法補償，因此半閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的伺服機構(gòu)必須具有較好的剛度和精度，補償才能獲得較好的效果。