前面我們說過，伺服是一種通過使用反饋來為所需的運行操作提供精確控制的動力傳動技術，所以，在使用伺服技術時就必然會涉及到這樣一些類型的產品部件：

 

PicSource：AKD | Kollmorgen

 

動力源：

為伺服系統的運行提供所需的動力供給。

 

動力轉換裝置：

其作用是根據應用工藝，將輸入側的標準動力給定，經調節后轉換成所需的驅動輸出，為執行機構驅動機械負載提供相應的可變動力源。

 

PicSource：IndraDrive MI | Rexroth

 

傳動執行機構：

將上述可變動力轉換為物體運動所需的機械動力，并傳遞到目標對象的機械負載上，從而最終驅動其完成各種復雜的運行動作。

 

PicSource：IMS-A | Rexroth

 

運控反饋元件：

為了能夠讓運控性能更加接近設備工藝所需要達到的應用指標，伺服系統需要借助反饋裝置即時獲取應用對象的位置、速度...等運動狀態，并將其與預設目標值進行實時比對，然后依據偏差的大小快速調節其動力響應輸出。

 

不過，考慮到實際應用中不同類型伺服系統在動力選擇上的差異，如：液壓、氣動或變頻...等等，它們所涉及到的產品自然也會有很大的不同。

 

PicSource：VTEM Motion Terminal | Festo

 

氣動和液壓

 

盡管氣動和液壓伺服在當今的自動化運控市場并不十分常見，但在很多行業應用場合中它們還是具備極強的不可替代性。因此有必要在這里先簡單提一提。

 

氣動和液壓伺服都是以流體壓力作為動力驅動和控制負載運行的，因此二者在產品形態和系統架構上有著不少相似之處。

 

PicSource：CytroPac

 

首先，能夠為氣動或液壓系統提供流體壓縮動力的，自然就是泵站，也就是空壓機和液壓站。它們通過內部的電機驅動葉輪旋轉，壓縮流體管路的氣體或液壓油，然后借助特定的壓力調節裝置，在系統回路（氣路或油路）中產生穩定的流體壓縮動力。

 

PicSource：VTEM Motion Terminal | Festo

 

但此時管路中的壓縮動力是不能直接用來控制負載運動的，原因在于其輸出的方向和大小并未根據應用需求進行過調節和控制，這就需要在流體回路中使用各種閥。例如：用節流閥可以手動實現最基本的速度調節；通過帶有控制輸入的比例方向閥或比例壓力閥，能夠對輸出速度或壓力進行動態調節；而如果要做到比較精準的位置控制，就需要用到伺服比例閥，并結合特定的位置反饋裝置。

 

PicSource：PARKER HANNIFIN

 

如果說各類閥的作用是將泵站的輸出經調節轉換成應用所需的可變流體動力，那么氣缸或液壓缸就是基于這些流體壓縮動力最終驅動和控制負載運動的執行機構。無論是氣缸還是液壓缸，其原理都是通過流體壓縮后產生的壓力驅動其內部推桿產生活塞式運動，因此這些缸的輸出都是在有限行程范圍內的往復直線運動，并能夠在其末端產生一定的推力或拉力。

 

PicSource：MPA positioning sensor | SICK

 

上面說的這些其實都僅僅是氣動和液壓技術在動力傳動環節的產品，而要能夠將其稱之為伺服并用于實現精準的運動控制，反饋裝置則是必不可少的。在氣動和液壓伺服系統中，通常會使用專門的氣缸或油缸位置傳感器（例如：缸體內置的霍爾元件...等），而設備控制系統則會基于傳感器的反饋與設定的應用參數，通過對各類閥的開閉動作進行實時調節，調整缸體內流體的壓力和方向，以最終實現對負載運行姿態的控制。

 

PicSource：Σ-7 | YASKAWA

 

變頻伺服

 

必須承認，由于技術日趨成熟，以及總體成本和技術門檻不斷降低，變頻伺服已經在大量應用中取代了包括上述氣動和液壓在內的其他類型的伺服技術，逐漸成為工業運控領域的絕對主力。

 

PicSource：SINAMICS S120

 

變頻伺服，顧名思義，它是以可變頻交流電為動力的伺服技術。而我們知道，以我們目前掌握的電力驅動技術來說，這種可變頻率的交流電基本上必須通過直流電逆變生成的，因此，變頻伺服系統所使用的動力通常是來自穩定的直流電源，可以是電池組，也可以是能夠將交流電轉換為直流電的整流裝置。

 

PicSource：Lexium 62 D

 

有了穩定的直流電源，要產生可變頻率的交流電輸出，就需要使用變頻驅動器（俗稱“伺服驅動器”）作為中間的動力轉換裝置。在伺服系統中使用的變頻伺服驅動器與一般的工業變頻器在工作原理上并沒有太大的差別，不過由于其所面對的設備應用在運行精度和動態性能方面有著更為嚴苛的要求，因此往往會表現出更加激進的控制特性（如：較高的頻響帶寬），與此同時，集成運控反饋端口也就成為了伺服驅動器的標配。

 

PicSource：Kollmorgen | AKM2G

 

在變頻伺服系統中，將可變頻交流電轉換為機械動力的傳動執行部件通常是各類電機，這個也是和一般的變頻傳動技術類似的。但為了能夠在更寬的速度范圍內（尤其是低速）獲得優質的動態響應特性，變頻伺服通常會使用集成運動反饋的永磁同步電機。

 

PicSource：eMotion-6000 | Rexroth

 

此外，為了能夠簡化設備系統的傳動環節、提升綜合傳動效率和控制性能，除了有普通旋轉電機以外，變頻伺服的傳動執行部件還經常會有一些不同類型的動力輸出形式，如：旋轉直接驅動電機、直線電機、直線電動缸...等等。

 

PicSource：WITTENSTEIN

 

在將旋轉伺服電機的輸出動力傳遞到最終運動負載的過程中，運控系統系統往往還需要使用到各種伺服級別的機械傳動組件，如：聯軸器、減速機、同步帶、絲杠...等等，這一點也是有必要提醒大家注意的。

 

PicSource：Kubler

 

同樣，變頻伺服也需要使用反饋裝置，也就是編碼器，這是所有伺服運控系統都必備的。如果是旋轉伺服電機，一般就是其軸末端的反饋編碼器；若是直線電機，則是直線編碼器和光柵尺；有時，伺服系統還可能會在某個負載工位上使用不止一個編碼器反饋，以減少因中間傳動環節引起的測量誤差，從而進一步提升系統反饋精度。

 

PicSource：B&R Automation

 

當然，在使用伺服傳動技術時，除了上面提到的這些高性能驅動和反饋裝置，往往還需要有包括：控制器、輸入輸出 I/O 模組、傳感器、軟件、網絡、安全、連接器、線纜...等在內的各類產品和技術組件。不難看出，這幾乎已經是一套完整的設備控制系統了。

 

PicSource：ELAU packaging solutions

 

另外，隨著工業設備的智能化程度越來越高，其機電系統也正在變得越來越龐大、復雜，各類部件之間各種功能和結構上的集成與融合也就是很自然的發展趨勢，于是我們看到了市面上不斷涌現出來的各式各樣的機電一體化產品，如：集成驅動電機、電驅傳輸軌道、集成減速機電機...等等。

 

這就是為什么我一直說，掌握伺服運控技術，將會在很大程度上促進工廠自動化方面技術能力的提升。