运动控制的定义

从广义上讲，运动控制（Motion Control）就是控制物体的运动。还有人解释运动控制是在电驱动技术研究基础上发展而成的一门综合性、多学科交叉技术。从实现方式上解释，运动控制系统是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。

现代运动控制已成为电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科，如图所示。

伺服系统的定义

伺服来自英文单词“servo”，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括驱动器伺服电机、反馈装置和控制器。

伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标值（或给定值）的任意变化而变化的自动控制系统。

伺服的主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置能被控制得非常灵活、方便。

伺服系统通常根据伺服驱动机的种类来分类，有液压式、气动式以及电气式。液压伺服系统与电气伺服系统相比有以下3个优点。

①体积小，重量轻，惯性小，可靠性好，输出功率大。

②快速性好。

③刚度大（即输出位移受外负载影响小），定位准确。

液压伺服系统的缺点是加工难度大，抗污染能力差，维护不易，成本较高。气动伺服系统按功能一般可分为位置控制系统、速度控制系统、力控制系统、位置与力复合控制系统。其中，位置控制系统和力控制系统应用和研究得比较多，速度控制系统应用和研究得比较少。气动伺服的缺点是定位精度低。

电气式伺服系统根据电气信号可分为直流伺服系统和交流伺服系统两大类。交流伺服系统又分为异步电机伺服系统和同步电机伺服系统两种。

伺服系统的组成

伺服系统构成

伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由位置检测部分、误差放大部分、执行部分及被控对象组成，如图所示。具体分为以下几个组成部分：

①负载；

②机械传动机构（直接刚性轴连接、丝杠、减速机、同步齿形带等）；

③电机（步进电机和伺服电机）；

④抱闸（电机内部、外部）；

⑤反馈元件（各种类型的编码器或传感器）；

⑥驱动器（电流以及速度的开闭环控制）；

⑦运动控制器（运动方式、位置控制）；

⑧供电电源（强、弱电源）；

⑨限位开关（硬限位）；

⑩人机界面。

通常情况下，运动控制单元与位置控制单元是一体的，也就是说，位置控制是在运动控制单元中实现的，比如西门子（Siemens）运动控制器Simotion、TCPU。

下图所示为西门子整个运动控制系统的装配图。其中，运动控制器（如Simotion控制器或者是PLC）通过Profibus对伺服驱动器进行控制，Drive-CLiQ是伺服驱动器的控制单元、整流单元、电机模块以及编码器进行数据交换的电缆。驱动器与电机的接线包括动力电缆与编码器信号电缆 。

Siemens Simotion function manual伺服系统实物连接图