一、伺服的基础知识及简单应用
1、什么是伺服
（1）将物体移动到规定的位置，或者跟踪一个运动的目标时，经常能听到"伺服"这个词。"伺服（Servo）机构"一词的词源据说来自拉丁语中的"Servus"，即"奴隶"的意思，表示完全按照指令行动而构建的控制系统。
（2）利用伺服机构可进行位置、速度、转矩的单项控制及组合控制。
①位置控制：
核心目标：让执行机构精准移动到指定位置，停得准、误差小
控制逻辑：伺服系统会不断检测当前位置和目标位置的偏差，通过闭环控制消除误差，最终停在指定位置
图示里的场景：把黄色小球从起点，丝毫不差地移动到青蛙所在的目标位置
关键特点：精度极高，工业上能做到微米级误差；支持频繁启停、点动、定位，比如机床的刀塔定位、机器人关节的点位运动
一句话理解：就像按导航开去目的地，必须精确停在指定坐标，不能偏分毫
②速度控制：
核心目标：让执行机构按设定的速度运行，不受负载变化影响
控制逻辑：伺服系统实时检测实际转速，和目标速度对比，通过调节转矩来维持速度稳定，即使负载波动也不会掉速或超速
图示里的场景：不管是乌龟的慢速度，还是兔子的快速度，都能稳定跑起来，不会因为负载变化而忽快忽慢
关键特点：速度响应快，目标变化时能快速调整；抗负载干扰能力强，适合需要恒速运行的场合，比如传送带、风机、主轴调速
一句话理解：就像定速巡航，不管上坡下坡，都保持设定的车速不变
③转矩控制：
核心目标：让执行机构按设定的转矩（力气）输出，不管负载多大，力都保持稳定
控制逻辑：伺服系统直接控制电机的输出转矩，不限制转速，转速由负载和转矩共同决定
图示里的场景：拔河时，伺服系统根据设定的拉力大小输出力量，不管对面是青蛙、乌龟还是大象，都按设定的力来拉
关键特点：能实现恒力控制，适合张力控制、压合、拧紧、装配等场景；转速会随负载变化，负载轻就快，负载重就慢，不会强行顶死
一句话理解：就像拔河时，只控制用多大的力气拉，不管对方怎么用力，都保持设定的拉力不变
（3）为了实现既灵敏又高精度的动作，伺服机构会始终确认自己的动作状态，避免与指令发生偏差而不断进行反馈（feed back），这就是伺服机构的特点。如何进行控制以缩小指令信号与反馈信号之差至关重要，是伺服控制需要解决的一大问题。
（4）伺服机构主要由以下三部分构成：
①指令部：发出动作的指令信号至伺服驱动器，通常为PLC控制器。
②控制部：控制电机等部件按照指令运行。
③驱动、检测部：驱动被控对象，并对其运行状态进行检测（如通过编码器检测电机的速度和位置信号）。
2、伺服电机的种类
（1）普通的伺服电机有SM（同步）型AC伺服电机、IM（感应）型AC伺服电机和DC伺服电机3种。
（2）与FA相关的伺服电机，尤其是需求量大的中、小容量，通常使用的是SM型AC伺服电机（SM型交流永磁同步伺服电机）。
3、编码器的种类
（1）编码器可分为增量式编码器和绝对值编码器两种。
①增量式编码器：
1\]工作原理： 它的核心是一个刻了均匀光栅的码盘，随轴转动时，光电传感器会输出： A、B相脉冲：相位差90°，用来判断转动方向（正转A超前B，反转B超前A）和计数脉冲数 Z相零位脉冲：每转一圈只输出1个脉冲，作为机械零点参考 系统通过"累计脉冲数"来计算当前位置，脉冲数越多，代表转过的角度越大  \[2\]核心特点： 优点：结构简单、成本低；响应快，转速反馈精度高；适合高速、长行程的位置跟踪 缺点：断电后计数器清零，掉电位置丢失，上电必须回零（找Z相脉冲）；电磁干扰导致脉冲丢数，会直接造成位置误差累积；不能直接输出绝对位置，需要控制器持续计数 ②绝对值编码器： \[1\]工作原理： 码盘上刻的不是均匀光栅，而是多圈二进制/格雷码编码，每一个角度位置，都对应一组唯一的编码值 比如单圈13位编码器，一圈会分成个位置，每个位置的编码都不一样 光电传感器直接读取当前位置的编码，控制器不需要计数，直接就能知道绝对位置  \[2\]核心特点： 优点：掉电位置不丢失，上电直接读编码，不用回零；无误差累积，位置精度高；响应快，适合复杂定位控制 缺点：结构复杂，成本比增量式高很多；输出接口相对复杂，需要专用接收电路；多圈绝对值编码器还需要备用电池或机械齿轮组，增加了复杂度 ### 4、伺服的原理和构成 （1）伺服系统的最大特点是"比较指令值与当前值，为了缩小该误差"进行反馈控制。 （2）反馈控制中，确认机械（控制对象）是否忠实地按照指令进行跟踪，有误差（偏差）时改变控制内容，并将这一过程进行反复控制，以到达目标。  （3）根据指令值的不同，伺服系统的控制模式有3种：位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式。