伺服系統(tǒng)（servosystem）又稱隨動系統(tǒng)，是用來精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。它的主要任務是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機械位移（或轉(zhuǎn)角）準確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角），其結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。

伺服系統(tǒng)最初用于船舶的自動駕駛、火炮控制和指揮儀中,后來逐漸推廣到很多領域,特別是自動車床、天線位置控制、導彈和飛船的制導等。采用伺服系統(tǒng)主要是為了達到下面的幾個目的：①以小功率指令信號去控制大功率負載?；鹋诳刂坪痛婵刂凭褪堑湫偷睦印＂谠跊]有機械連接的情況下，由輸入軸控制位于遠處的輸出軸，實現(xiàn)遠距同步傳動。③使輸出機械位移精確地跟蹤電信號，如記錄和指示儀表等。

伺服系統(tǒng)衡量伺服系統(tǒng)性能的主要指標有頻帶寬度和精度。頻帶寬度簡稱帶寬，由系統(tǒng)頻率響應特性來規(guī)定，反映伺服系統(tǒng)的跟蹤的快速性。帶寬越大，快速性越好。圖中是伺服系統(tǒng)的典型頻率響應特性。通常取頻率響應特性的對數(shù)幅頻特性的值降到－3分貝時所對應的頻率值ωb為系統(tǒng)的帶寬（從坐標原點ω=0算起）。伺服系統(tǒng)的帶寬主要受控制對象和執(zhí)行機構(gòu)的慣性的限制。慣性越大，帶寬越窄。一般伺服系統(tǒng)的帶寬小于15赫，大型設備伺服系統(tǒng)的帶寬則在1～2赫以下。伺服系統(tǒng)的精度主要決定于所用的測量元件的精度。因此，在伺服系統(tǒng)中必須采用高精度的測量元件，如精密電位器、自整角機和旋轉(zhuǎn)變壓器等。此外，也可采取附加措施來提高系統(tǒng)的精度，例如將測量元件（如自整角機）的測量軸通過減速器與轉(zhuǎn)軸相連，使轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角得到放大，來提高相對測量精度。采用這種方案的伺服系統(tǒng)稱為精測粗測系統(tǒng)或雙通道系統(tǒng)。通過減速器與轉(zhuǎn)軸嚙合的測角線路稱精讀數(shù)通道，直接取自轉(zhuǎn)軸的測角線路稱粗讀數(shù)通道。

伺服系統(tǒng)-主要結(jié)構(gòu)

伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：控制器，功率驅(qū)動裝置，反饋裝置和電動機。控制器按照數(shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運行值的差，調(diào)節(jié)控制量；功率驅(qū)動裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電動機之上，調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)矩的大小，另一方面按電動機的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為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(zhuǎn)。

主要特點

1、精確的檢測裝置：以組成速度和位置閉環(huán)控制；

2、有多種反饋比較原理與方法：根據(jù)檢測裝置實現(xiàn)信息反饋的原理不同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不相同。常用的有脈沖比較、相位比較和幅值比較3種；

3、高性能的伺服電動機(簡稱伺服電機)：用于高效和復雜型面加工的數(shù)控機床，伺服系統(tǒng)將經(jīng)常處于頻繁的啟動和制動過程中。要求電機的輸出力矩與轉(zhuǎn)動慣量的比值大，以產(chǎn)生足夠大的加速或制動力矩。要求伺服電機在低速時有足夠大的輸出力矩且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以便在與機械運動部分連接中盡量減少中間環(huán)節(jié)；

4、寬調(diào)速范圍的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即速度伺服系統(tǒng)：從系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)看，數(shù)控機床的位置閉環(huán)系統(tǒng)可看作是位置調(diào)節(jié)為外環(huán)、速度調(diào)節(jié)為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，其內(nèi)部的實際工作過程是把位置控制輸入轉(zhuǎn)換成相應的速度給定信號后，再通過調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機，實現(xiàn)實際位移。數(shù)控機床的主運動要求調(diào)速性能也比較高，因此要求伺服系統(tǒng)為高性能的寬調(diào)速系統(tǒng)。

技術(shù)要求

1、系統(tǒng)精度

伺服系統(tǒng)精度指的是輸出量復現(xiàn)輸入信號要求的精確程度,以誤差的形式表現(xiàn),可概括為動態(tài)誤差,穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差三個方面組成.

2、穩(wěn)定性

伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當作用在系統(tǒng)上的干擾消失以后,系統(tǒng)能夠恢復到原來穩(wěn)定狀態(tài)的能力;或者當給系統(tǒng)一個新的輸入指令后,系統(tǒng)達到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的能力.

3、響應特性

響應特性指的是輸出量跟隨輸入指令變化的反應速度,決定了系統(tǒng)的工作效率.響應速度與許多因素有關,如計算機的運行速度,運動系統(tǒng)的阻尼和質(zhì)量等.

4、工作頻率

工作頻率通常是指系統(tǒng)允許輸入信號的頻率范圍.當工作頻率信號輸入時,系統(tǒng)能夠按技術(shù)要求正常工作;而其它頻率信號輸入時,系統(tǒng)不能正常工作。

伺服系統(tǒng)-分類

伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)按其驅(qū)動元件劃分，有步進式伺服系統(tǒng)、直流電動機（簡稱直流電機）伺服系統(tǒng)、交流電動機（簡稱交流電機）伺服系統(tǒng)：按控制方式劃分，有開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)等。實際上數(shù)控系統(tǒng)也分成開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種類型，就是與伺服系統(tǒng)這三種方式相關。

1、開環(huán)系統(tǒng)

開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成主要由驅(qū)動電路，執(zhí)行元件和被控對象三大部分組成。常用的執(zhí)行元件是步進電機，通常稱以步進電機作為執(zhí)行元件的開環(huán)系統(tǒng)為步進式伺服系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，如果是大功率驅(qū)動時，用步進電機作為執(zhí)行元件。驅(qū)動電路的主要任務是將指令脈沖轉(zhuǎn)化為驅(qū)動執(zhí)行元件所需的信號。

2、閉環(huán)系統(tǒng)

閉環(huán)系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、檢測單元、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動電路和被控對象五部分組成。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測元件將被控對象移動部件的實際位置檢測出來并轉(zhuǎn)換成電信號反饋給比較環(huán)節(jié)。常見的檢測元件有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、光柵、磁柵和編碼器等。通常把安裝在電機軸端的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)；把安裝在被控對象上的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。由于電機軸端和被控對象之間傳動誤差的存在，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低一些。

比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號和反饋信號進行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)驅(qū)動電路，控制執(zhí)行元件帶動工作臺繼續(xù)移動，直到跟隨誤差為零。根據(jù)進入比較環(huán)節(jié)信號的形式以及反饋檢測方式，閉環(huán)（半閉環(huán)）系統(tǒng)可分為脈沖比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)和幅值比較伺服系統(tǒng)三種。

由于比較環(huán)節(jié)輸出的信號比較微弱，不足以驅(qū)動執(zhí)行元件，故需對其進行放大，驅(qū)動電路正是為此而設置的。

執(zhí)行元件的作用是根據(jù)控制信號，即來自比較環(huán)節(jié)的跟隨誤差信號，將表示位移量的電信號轉(zhuǎn)化為機械位移。常用的執(zhí)行元件有直流寬調(diào)速電動機、交流電動機等。

3、直流伺服驅(qū)動與交流伺服驅(qū)動

70年代和80年代初，數(shù)控機床多采用直流伺服驅(qū)動。直流大慣量伺服電機具有良好的寬調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，而且，由于電機慣性與機床傳動部件的慣量相當，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整。而直流中小慣量伺服電機及其大功率晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動裝置，比較適應數(shù)控機床對頻繁啟動、制動，以及快速定位、切削的要求。但直流電機一個最大的特點是具有電刷和機械換向器，這限制了它向大容量、高電壓、高速度方向的發(fā)展，使其應用受到限制。