伺服系统的3个控制与3个环

伺服系统是精确跟随或复现特定过程的反馈控制系统。主要由控制器、伺服驱动器、伺服电机、机械设备以及传感器和继电器等组成。控制器如PLC、变频器、运动控制卡等，伺服驱动器则是连接控制器和伺服电机的关键部件，相当于变频器用于普通交流电机的控制。伺服电机作为执行设备，接收驱动器的控制信号。机械设备将电机的运动转换为所需的形式。各类传感器和继电器则检测工业控制环境下的信号，为控制器提供动作判断标准。

伺服系统有三种主要控制方式：速度控制、转矩控制和位置控制。速度控制和转矩控制通过模拟量进行调节，位置控制则通过发送脉冲实现。选择控制方式时，应考虑对电机速度、位置的精确度要求和实时转矩的关注程度。速度或位置控制模式适用于对实时转矩不敏感的情况，而速度控制则要求控制器有较好的闭环控制功能。转矩控制方式直接设定电机输出转矩大小，适用于需要严格控制负载受力的场景，如绕线或拉光纤设备。位置控制模式适用于定位装置，如数控机床和印刷机械。速度控制模式通过模拟量输入或脉冲频率控制电机速度，适用于有上位控制器的外环PID控制的定位装置。

伺服系统的控制分为三个环：电流环、速度环和位置环。最内层的电流环负责控制电机转矩，通过内部的PID调节，反馈电机输出电流与设定值之间的差异，确保输出电流接近设定值。速度环通过电机编码器信号进行负反馈PID调节，其输出直接设定到电流环，因此在速度控制模式下，系统同时控制速度和转矩。位置环是最外层环，可以构建在驱动器和电机编码器之间，或在外部控制器与电机编码器或最终负载之间，根据实际情况选择。在位置控制模式下，系统执行所有三个环的运算，运算量最大，动态响应速度最慢。