一、概述

　　伺服係統是以機械運動的驅動設備，電動機為(wei) 控製對象，以控製器為(wei) 核心，以電力電子功率變換裝置為(wei) 執行機構，在自動控製理論的指導下組成的電氣傳(chuan) 動自動控製係統。

　　作為(wei) 數控機床的執行機構，伺服係統將電力電子器件、控製、驅動及保護等集為(wei) 一體(ti) ，並隨著數字脈寬調製技術、特種電機材料技術、微電子技術及現代控製技術的進步，經曆了從(cong) 步進到直流，進而到交流的發展曆程。數控機床中的伺服係統種類繁多，本文通過分析其結構及簡單歸分，對其技術現狀及發展趨勢作簡要探討。

　　二、伺服係統的結構及分類

　　從(cong) 基本結構來看，伺服係統主要由三部分組成：控製器、功率驅動裝置、反饋裝置和電動機(圖1)。控製器按照數控係統的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運行值的差，調節控製量;功率驅動裝置作為(wei) 係統的主回路，一方麵按控製量的大小將電網中的電能作用到電動機之上，調節電動機轉矩的大小，另一方麵按電動機的要求把恒壓恒頻的電網供電轉換為(wei) 電動機所需的交流電或直流電;電動機則按供電大小拖動機械運轉。

　　三、進給伺服係統的現狀與(yu) 展望

　　進給伺服以數控機床的各坐標為(wei) 控製對象，產(chan) 生機床的切削進給運動。為(wei) 此，要求進給伺服能快速調節坐標軸的運動速度，並能精確地進行位置控製。具體(ti) 要求其調速範圍寬、位移精度高、穩定性好、動態響應快。根據係統使用的電動機，進給伺服可細分為(wei) 步進伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。

　　(一)步進伺服係統

　　步進伺服是一種用脈衝(chong) 信號進行控製，並將脈衝(chong) 信號轉換成相應的角位移的控製係統。其角位移與(yu) 脈衝(chong) 數成正比，轉速與(yu) 脈衝(chong) 頻率成正比，通過改變脈衝(chong) 頻率可調節電動機的轉速。如果停機後某些繞組仍保持通電狀態，則係統還具有自鎖能力。步進電動機每轉一周都有固定的步數，如500步、1000步、50 000步等等，從(cong) 理論上講其步距誤差不會(hui) 累計。

　　步進伺服結構簡單，符合係統數字化發展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移動速度越低。特別是步進伺服易於(yu) 失步，使其主要用於(yu) 速度與(yu) 精度要求不高的經濟型數控機床及舊設備改造。但近年發展起來的恒斬波驅動、PWM驅動、微步驅動、超微步驅動和混合伺服技術，使得步進電動機的高、低頻特性得到了很大的提高，特別是隨著智能超微步驅動技術的發展，將把步進伺服的性能提高到一個(ge) 新的水平。

(二)直流伺服係統

　　直流伺服的工作原理是建立在電磁力定律基礎上。與(yu) 電磁轉矩相關(guan) 的是互相獨立的兩(liang) 個(ge) 變量主磁通與(yu) 電樞電流，它們(men) 分別控製勵磁電流與(yu) 電樞電流，可方便地進行轉矩與(yu) 轉速控製。另一方麵從(cong) 控製角度看，直流伺服的控製是一個(ge) 單輸入單輸出的單變量控製係統，經典控製理論完全適用於(yu) 這種係統，因此，直流伺服係統控製簡單，調速性能優(you) 異，在數控機床的進給驅動中曾占據著主導地位。

　　然而，從(cong) 實際運行考慮，直流伺服電動機引入了機械換向裝置。其成本高，故障多，維護困難，經常因碳刷產(chan) 生的火花而影響生產(chan) ，並對其他設備產(chan) 生電磁幹擾。同時機械換向器的換向能力，限製了電動機的容量和速度。電動機的電樞在轉子上，使得電動機效率低，散熱差。為(wei) 了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉子變得短粗，影響了係統的動態性能。