伺服驱动器又称“伺服控制器”和“伺服放大器”，是一种用于控制伺服电机的控制器。其作用类似于变频器作用于普通交流电机，属于伺服系统的一部分。伺服电机一般通过位置、速度、扭矩三种方式控制，从而实现传动系统的高精度定位。

 

　　一、伺服电机的分类

 

　　它分为DC和交流伺服电机，交流伺服电机又分为异步伺服电机和同步伺服电机。目前，交流系统正在逐步取代DC系统。与DC系统相比，交流伺服电机具有可靠性高、散热好、转动惯量小、能在高电压下工作等优点。因为没有电刷和舵机，交流私服系统也变成了无刷伺服系统，里面用的电机是无刷笼异步电机和永磁同步电机。

 

　　1） DC伺服电机分为有刷电机和无刷电机

 

　　有刷电机成本低，结构简单，起动转矩大，调速范围宽，容易控制，需要维护，但维护（换碳刷）方便，产生电磁干扰，对使用环境有要求，一般用于对成本敏感的普通工业和民用场合；

 

　　无刷电机体积小、重量轻、输出大、响应快、速度快、惯性小、转矩稳定、转动平稳、控制复杂、电子换向方式智能化、可方波或正弦波换向、免维护、高效节能、电磁辐射低、温升低、使用寿命长，适用于各种环境。

 

　　二、不同类型伺服电机的特点

 

　　1）DC伺服电机的优缺点

 

　　优点：速度控制准确，扭矩和速度特性硬，控制原理简单，使用方便，价格低廉。

 

　　缺点：电刷换向、限速、附加阻力、磨损颗粒（不适合无尘易爆环境）

 

　　2）交流伺服电机的优缺点

 

　　优点：调速特性好，全速度区控制平稳，几乎无振荡，效率高90%以上，发热少，高速控制，高精度位置控制（取决于编码器精度），恒转矩，低惯性，低噪音，无电刷磨损，额定工作区免维护（适用于无尘易爆环境）。

 

　　缺点：控制复杂，需要现场调整驱动器参数来确定PID参数，需要更多的连接。

 

　　目前主流的伺服驱动器都采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现复杂的控制算法、数字化、网络化和智能化。功率器件一般采用智能功率模块（IPM）作为核心设计驱动电路。IPM集成了驱动电路，具有过压、过流、过热、欠压等故障检测和保护电路。

 

　　主电路中还增加了软启动电路，以减少启动时对驱动器的影响。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电力或市电进行整流，得到相应的直流电。三相永磁同步交流伺服电机经三相电力或市电整流后，由三相正弦脉宽调制电压源逆变器变频驱动。动力驱动单元的整个过程可以简单地说是一个交流-DC-交流的过程。交流DC的主拓扑电路是一个三相全桥无控整流电路。

 

　　三、伺服系统接线

 

　　1.驱动线路

 

　　伺服驱动器主要包括控制回路电源、主控回路电源、伺服输出电源、控制器输入CN1、编码器接口CN2和连接CN3。控制回路电源为单相交流电源，输入电源可以是单相，也可以是三相，但必须是220v V，也就是说，在进行三相输入时，我们的三相电源必须经过变压器变换后才能接入。

 

　　对于低功率的驱动器，可以直接单相驱动，单相法必须接R、S端。伺服电机输出u、v和w不得连接到主电路电源，这可能会烧毁驱动器。CN1端口主要用于连接上位机控制器，提供各种监控信号的输入、输出、编码器ABZ三相输出和模拟输出。

 

　　2.编码器布线

 

　　我们只用九个端子中的五个，一个屏蔽线，两个电源线，两个串行通信信号（+-），和我们常用的编码器接线差不多。

 

　　3.通信端口

 

　　驱动器通过CN3端口与PLC、HMI等PC相连。驱动控制采用MODBUS通讯，通讯可采用RS232和RS485。

 

　　4.伺服驱动器市场

 

　　机器人对关节驱动电机有严格的要求，工业机器人广泛采用交流伺服电机。目前国内高端市场主要被国外知名企业占领，主要来自日本、欧美，未来国内替代空间很大。目前，国外***占中国交流伺服市场的近80%，主要来自日本、欧美。

 

　　其中，日本产品占据第 一位，约占50%的市场份额，其著名***包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等。他们的产品特点是技术和性能水平满足中国用户的需求，并获得了稳定、持续的客户来源，性价比好，可靠性高，特别是在中小型代工市场。

 

　　精密减速器

 

　　与一般减速器相比，机器人减速器要求传动链短、体积小、功率大、重量轻、易于控制。在减速机行业，不得不提的是这个行业的两大巨头分别是Nabtesco和Hamonica Drive ，业内俗称（RV减速机和谐波减速机）。

 

　　他们几乎垄断了全世界机器人的减速器。这两种减速机都是微米级的加工精度，大批量生产很难有高可靠性，更何况是几千转的高速运转和长寿命。目前，市场上工业机器人使用的减速器主要有两种：RV减速器和谐波减速器。

 

　　RV减速器：啮合时齿差较小，但与谐波减速器相比。与谐波减速器相比，RV减速器的关键在于加工工艺和装配工艺。RV减速器具有较高的疲劳强度、刚度和寿命。与谐波传动不同，随着使用时间的增加，运动精度会显著降低。其缺点是重量大，体积大。RV减速器用于大载荷工业机器人的一、二、三轴。

 

　　与机器人常用的谐波传动相比，它具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命，齿隙精度稳定。与谐波传动不同，它的运动精度会随着使用时间的增加而显著降低。因此，RV减速器在世界上许多国家被广泛应用于高精度机器人驱动。因此，这种RV减速器有逐渐取代高级机器人驱动中谐波减速器的发展趋势。

 

　　谐波减速器：也是少用齿差啮合。谐波传动中的关键齿轮之一是柔性齿轮，需要反复高速变形，因此很脆弱，承载能力和寿命都是有限的。

 

　　谐波减速器是一种谐波传动装置，包括谐波加速器和谐波减速器。谐波减速器主要包括：刚性轮、柔性轮和径向变形波发生器。它利用柔性齿轮产生可控的弹性变形波，使刚性轮和柔性轮的轮齿相对错开，传递动力和运动。

 

　　这种传动与一般齿轮传动有本质区别，在啮合理论、集合计算和结构设计上都有特殊性。谐波齿轮减速器具有精度高、承载能力强的优点。与普通齿轮减速器相比，它使用的材料少了50%，体积和重量至少减少了1/3。因此谐波减速器主要用于小型机器人，具有体积小、重量轻、承载能力大、运动精度高、单级传动比大的特点。一般用于负载较小的工业机器人或大型机器人末端的几个轴。