浅谈伺服驱动器与变频器

• 关键词：伺服驱动器,变频器

    伺服一词源于希腊语“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。在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名。目前伺服已经成为高精度、高响应速度、高性能的代名词。
    伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它是由控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机组成的。利用伺服机构可以进行位置、速度、转矩的单项控制及组合控制。
    转矩控制： 通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机 轴对外的输出转矩的大小，主要应用于需要严格控制转矩的场合。——电流环控制
                                                                                   
    速度控制：通过模拟量的输入或脉冲的频率对转动速度的控制。 ——速度环控制
    位置控制： 伺服中最常用的控制，位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度,所以一般应用于定位装置 。 ——三环控制
    衡量伺服控制系统性能的主要指标有频带宽度和精度。频带宽度简称带宽，由系统频率响应特性来规定，反映伺服系统的跟踪的快速性。带宽越大，快速性越好。伺服系统的带宽主要受控制对象和执行机构的惯性的限制。惯性越大，带宽越窄。伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度,以误差的形式表现,可概括为动态误差,稳态误差和静态误差三个方面组成。
    伺服驱动器与变频器的差异
    变频器与伺服放大器在主回路与控制回路上的区别如下：
    主回路：变频器与伺服的构成基本相同。两者的区别在于伺服中增加了称为动态制动器的部件。停止时该部件能吸收伺服电机积累的惯性能量，对伺服电机进行制动。

    控制回路：与变频器相比，伺服的构成相当复杂。为了实现伺服机构，需要复杂的反馈、控制模式切换、限制（电流/速度/转矩）等功能。

    伺服驱动器与变频器在性能及应用方面主要区别如下：
 控制精度不同
    交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。
 矩频特性不同
    交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象.在0.2r/MIN转速下仍可拖动额定负载平稳运转，调速比可达到1:10000，这是变频器远远达不到的。
 具有过载能力不同
    伺服驱动器一般具有短时3倍过载能力，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。变频器一般允许1.5倍过载。
 加减速性能不同
在空载情况下伺服电机从静止状态加速到2000r/min，用时不会超20mS。电机的加速时间跟电机轴的惯量以及负载有关系，通常惯量和负载越大加速时间越长。
 动态响应品质优良
   伺服电机在位置控制模式下，突加负载或撤载，几乎没有超调现象，电机转速不会产生波动，保证了机床加工的精度。
 驱动对象不同
     变频器是用来控制交流异步电机，伺服驱动器用来控制交流永磁同步电机。伺服系统的性能不仅取决于驱动器的性能，而且跟伺服电机的性能有直接的关系。伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机，电机方面的严重差异也是两者性能不同的根本。
 应用场合不同
    变频控制与伺服控制是两个范畴的控制。前者属于传动控制领域,后者属于运动控制领域。一个是满足一般工业应用要求，对性能指标要求不高的应用场合，追求低成本、少维护、使用简单等特点的驱动产品。另一个就是代表着工业自动化发展水平的产品，追求高性能、高响应、高精度 。
    伺服和变频器在使用目的、功能方面存在本质的差异。选择哪一个取决于运行模式、负载条件、价格等因素。

    基本上伺服的性能比变频器优越。因此，由变频器变更为伺服时，一般不会产生运行方面的问题。但是，必须考虑下列几点。
 机械侧的刚性
     伺服的最大转矩约为变频器的2倍。因此，如果机械结构比较脆弱，加、减速时可能会产生振动（振荡现象）。此时，须采取加固机械结构、减小伺服系统的增益（控制灵敏度）等措施。
 换算到电机轴的负载惯性大小（惯性）
    与变频器相比，伺服对于负载惯性的大小很敏感。相对于电机本身的转动惯量，如果负载的转动惯量过大，则电机轴会被负载拖着旋转，从而导致控制不稳定。因此，根据机械负载选择合适的伺服容量至关重要。
 电机轴的振动
     安装电机的部位发生机械振动时，会给电机的转轴带来影响。尤其对内置编码器的伺服电机，有时必须采取降低振动的措施。
 减速机构的打滑
    伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（需进行无级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制。除此外，伺服电机的构造与普通电机是有区别的，要满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几KW以上的同步伺服价格及其昂贵，这样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服，这时控制系统就成了变频器带编码器反馈的闭环控制即高端的变频控制。所谓伺服就是要满足准确、精确、快速定位，只要满足就不存在伺服变频之争。