第一章 什么是伺服
1.2 .1 搬运控制
在工业高度发达、自动化不断进步的今天，搬运设备已成为许多领域不可或缺的项目。
搬运机（垂直)
由于导入了伺服机构，可提高机械速 度、从而提高生产效率。 可在指定位置正确停止。采用带电磁 制动器的伺服电机，可防止停电时货 物下降
自动仓库•分拣系统
自动仓库·分拣系统 在自动仓库中，分拣部和行走部已越来越 多地采用AC伺服电机，以满足高速化需求。由于采用了AC伺 服电机，可实现高速运行以及平稳的加速、减速。 与SCM（供应链管理）相结合的自动仓库·分拣系统从原料采 购到商品发送等各个环节，可大幅提高物流库存管理的效率。
项目 输出内容 停止时的应对 价格 结构
增量编码器（Incremental Encoder） 输出相对值。针对旋转角的变化量输出脉冲。 接通电源时需要原点复归动作。 结构较简单，价格低。
绝对编码器（Absolute Encoder） 输出绝对值。输出旋转角度的绝对值。 接通电源时无需原点复归动作。 结构较复杂，价格高。
“以物体的位置、方位、姿势等作为控制量，为跟踪目标的任何变化而构建的控制系统”
伺服机构大致由下列各部分组成。
指令部
发出动作的指令信号。
控制部
使电机等按照指令运行。
驱动，检测部 驱动控制对象，对其运行状态进行检测。
实际的机构虽然也有液压式和气压式的，但最近广泛使用维护性能优良的电气式伺服机构。 电气式伺服机构中尤其与FA相关的精密控制中，经常使用AC伺服系统。而且，伺服电机常带有可检测 旋转角度、速度和方向的编码器，它可将检测信息反馈给伺服放大器（控制部）。
伺服放大器结构简单。 停电时可进行发电制动。 小容量机型价格低
必须对整流子部位进行维护和定期 检查。 因DC伺服电机会产生电刷粉末，故 不能用于有洁净要求的环境。 因电刷的缘故，不适于高速、大转 矩用途。
永久磁铁的磁力可能会逐渐减弱。
第一章 什么是伺服
1.1.3 编码器的种类
＜增量编码器与绝对编码器＞
速度环
根据编码器脉冲生成的速度反馈信号，进行速度控制的环。
电流环
检测伺服放大器的电流，根据生成的电流反馈信号，进行转矩控制的环。
各环都朝着使指令信号与反馈信号 之差为零的目标进行控制。 各环的响应速度按下述顺序渐高
控制模式
使用的环
位置控制模式 位置环、速度环、电流环
（位置环）＜（速度环）＜（电流环） 速度控制模式 速度环、电流环 转矩控制模式 电流环（但是,空载状态下必须限制速度）。
第一章 什么是伺服
1.3.1 伺服的控制环
从信号的流程着眼，伺服的构成如下图所示。
在AC伺服系统中，对装在伺服电机上的编码器所发出的脉冲信号或伺服电机的电流进行检测，将结果 反馈至伺服放大器，并根据这个结果按照指令来控制机械。该反馈有以下3种环。
位置环
根据编码器脉冲生成的位置反馈信号，进行位置控制的环。
补充说明
该装置的旋转圆盘上设有很多光学槽，使发光二 极管的光通过固定槽，再利用光电二极管检测该 光束，并将槽的位置转换为电信号。
在电机轴上安装绝对编码器，即可随时检测电 机轴的固定位置。由于不需要脉冲计数，故接 通电源时无需原点复归动作。
第一章 什么是伺服
1.2 伺服的应用示例
由于具有通用性，伺服机构的应用领域非常广泛。 譬如，计算机的DVD驱动器、HD驱动器、复印机的送纸机构、数码摄像机的录像带传送机 构等，从与生活密切相关的领域到飞机的控制机构、天文望远镜的驱动机构等，更不用说 工业领域，伺服无处不在。 下面以FA领域为对象，列举部分AC伺服的应用示例。 80年代出现的AC伺服通过在数控（NC）和机器人领域中的应用实绩，脱颖而出一举成为 FA相关的变速驱动器的主角。到了90年代，由于逐渐从液压式过渡到电动式扩大了市场范 围，AC伺服的应用领域更加广泛了。最近，随着移动通信等信息技术（IT）的进步，与半 导体制造、电子零件组装、液晶产品等相关领域的实际应用取得了飞跃性的增长。 (1) 搬运设备 (2) 卷材设备 (3) 食品设备 (4) 半导体设备 (5) 注塑成型机设备 (6) 电子零件组装设备
因此，伺服系统中的位置精度由以下各项决定。 伺服电机每转1圈机械的移动量 伺服电机每转1圈编码器输出的脉冲数 机械系统中的间隙（松动）等误差
第一章 什么是伺服 1.3.3 速度控制模式
伺服系统的速度控制特点：可实现“精细、速度范围宽、速度波动小”的运行。 (a) 软起动、软停止功能
可调整加减速运动中的加速度（速度变化率），避免加速、减速时的冲击。 (b) 速度控制范围宽
DC伺服电机
优点
无需维护。 环境适应能力强。 可输出大转矩。 停电时可进行发电制动。 小型、轻量。 功率变化率大。
无需维护。 环境适应能力强。 可输出高速、大转矩。 大容量机型效率高。
特点
缺点
伺服放大器比DC电机用的略微复杂。 电机与伺服放大器必须一对一使用。 永久磁铁的磁力可能会逐渐减弱。
小容量机型的低效率伺服放大器比 DC电机用的略微复杂。 停电时不能发电制动。 特性随温度而波动。
第一章 什么是伺服
1.1伺服的作用
位置控制
速度控制
可正确地移动到指定位置，或停止 目标速度变化时，也可快
在指定位置。
速响应。
位置精度有的已可达到微米（μ m： 即使负载变化，也可最大
千分之一毫米）以内，还能进行频 限度地缩小与目标速度的
繁的起动、停止。
差异。能实现在宽广的速
度范围内连续运行。
转矩控制
第一章 什么是伺服
1.2.2 卷材设备
处理纸、薄膜等超长材料（卷材）的设备，也称为卷筒。大致可分为开卷、加工和卷绕。加工处理随应 用领域（纵向剪切机、层压机、印刷）而异，但整个机构基本相同。 常规机构图 ：
纵向剪切机
层压机
纵向剪切机是将经过加工部处理的卷材在最终工序 层压机是使多张薄膜重叠在一起的设备。控制张力 卷绕部进行裁切的机械。控制张力的同时，用裁切 的同时，正确调整压力使之均匀叠合是关键。 器正确地裁切是关键。
速过快，会导致抗蚀液飞散。反之， 方法有2种：一次集中数块晶片，以
如果转速过慢，则无法均匀地涂覆 盒为单位进行处理的“批量处理”；
抗蚀液。
以及每次处理1块晶片的“单片处
理”。
1块晶片可制作许多LSI芯 片，组装前需用晶片探针 和万用表以芯片为单位进 行检测。探针要接触芯片， 因此必须进行正确的定位， 而且还要求高速定位。
第一章 什么是伺服
1.2.3 食品设备
随着对食品处理要求的不断提高，高品质且安全的食品加工的需求越来越迫切。 在这样的形势下，伺服机构在食品加工领域的应用不断取得进展。
灌装机流水线
包装机流水线
灌装流水线 将不同产品、不同容量的液体高速灌 用薄膜卫生且正确地包装食品时，也用到伺服机构。
入各种形状的瓶子。可以根据瓶子的形状，控制 使用卷筒形状的薄膜，根据各种食品的大小进行包
最新的伺服电机多采用停电后无需进行原点复归的绝对编码器。绝对编码器中有检测电机旋转1圈内所处位置的绝对位置 检测部和计算旋转了几圈的多圈检测部。为了防止多圈检测数据在停电时丢失，由电池维持数据。 下图为光学式编码器的原理说明。最近，各公司已对分辨率极高（也有超过100万［脉冲/转］）的编码器实现了产品化。 通常，光学式编码器用于追求小型化或高分辨率等特性的应用领域，在特别追求耐环境性能（耐污染性能强等）的应用 领域，有时也使用磁力式编码器。
晶片探针
制作半导体回路时，要用到“照相 半导体制造工序中，由于利用了
原理”。将感光剂（抗蚀液）涂在 “照相原理”，因此在制造过程中
半导体晶片上的工序就是旋转台。 需要多次清洗晶片。将晶片浸在药
其原理是使抗蚀液滴下并利用离心 水或水（纯净水）中，溶解污染物、
力使液体薄薄地扩展。如果晶片转 进行中和、冲洗、干燥。晶片处理
第一章 什么是伺服 1.2.6 电子零件组装设备
装配机·插片机
电路板检测
将电子零件（IC芯片、电阻、电容器等）安装在印 检查电子零件（IC芯片、电阻、电容器等）是否已
刷电路板上。要求正确的定位和高速性能。
正确牢固地安装在印刷电路板上。有时还要对电路
板进行检测。
第一章 什么是伺服
1.3 伺服的原理和构成
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。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。注意到该控制流程是：误差→当前值→误差，形成一个闭合的环，因此也称为闭环 （CLOSED LOOP）；反之，无反馈的方式，则称为开环（OPEN LOOP）。
根据指令值的不同，伺服系统的控制模式有以下3种。
(1) 位置控制模式
从速度控制模式
(2) 速度控制模式
列 切换到转矩控制
(3) 转矩控制模式 有的伺服产品，还可在运行过程中切换模式。
模式
卷筒开始卷绕时以指定速 度（速度控制模式）运行。 之后为了以恒定张力卷绕， 按转矩控制模式运行。
此外，最近有一种称为“运动控制”的控制方式也开始被采用，它适用于由1台控制器对多个轴进行同 时控制的多轴同步控制。
无需维护
DC伺服电机的整流电刷需要进行维护、检查。
环境性能
因DC伺服电机会产生电刷粉末，故不能用于有洁净要求的环境。
停电时的发电制动 IM型AC伺服电机由于没有永久磁铁，停电时不能发电制动。
第一章 什么是伺服
1.1.2 伺服电机的种类
种类
结构
SM（同步） 型AC伺服电 机
IM（感应） 型AC伺服电 机
1 指令部
2 控制部
3 驱动，检测部
控制器
伺服放大器