伺服驱动器的控制回路是实现伺服电机高精度运动控制的核心部分,它不直接驱动电机的主功率回路,而是通过闭环反馈调节,输出精准的控制指令给功率模块,最终控制电机的位置、速度、扭矩三个核心运动参数。
控制回路的控制对象和核心组成可以分为以下两部分:
一、 控制回路的核心控制对象
伺服驱动器的控制回路本质是闭环控制系统,其控制的核心是伺服电机的运动状态,具体分为 3 个层级:
扭矩环(最内环)
控制对象:电机的输出扭矩。
核心作用:通过检测电机定子电流,计算出实际扭矩,与指令扭矩对比,调节功率模块输出的电流大小,保证扭矩稳定。
应用场景:需要恒定扭矩输出的场合,如收卷、张力控制。
速度环(中间环)
控制对象:电机的转速。
核心作用:接收编码器反馈的电机转速信号,与指令转速对比,通过 PI 调节输出扭矩指令给扭矩环,抑制转速波动。
应用场景:需要恒定转速的场合,如精密输送、主轴调速。
位置环(最外环)
控制对象:电机的转子位置(或负载的机械位置)。
核心作用:接收编码器反馈的位置脉冲,与指令位置对比,通过调节输出转速指令给速度环,实现精准定位。
应用场景:需要高精度定位的场合,如机械臂关节、CNC 机床进给轴。
三者的关系:位置环输出 → 速度环指令,速度环输出 → 扭矩环指令,扭矩环输出 → 功率模块驱动电机,三层闭环嵌套,精度逐级提升。
二、 控制回路的硬件控制范围
从硬件层面,控制回路不直接驱动电机,而是控制驱动器内部的功率驱动模块,同时处理外部指令和反馈信号,具体控制的硬件部分包括:
外部指令接口
接收上位控制器(PLC、运动控制器、CNC)的控制指令,如脉冲 / 方向信号、模拟量电压(速度 / 扭矩指令)、总线指令(Modbus、EtherCAT、Profinet)。
控制回路解析这些指令,转化为内部的位置 / 速度 / 扭矩设定值。
反馈信号处理模块
接收编码器(增量式 / 绝对式) 的反馈信号,实时计算电机的实际位置、速度。
部分高端伺服还会处理负载侧编码器的信号,实现全闭环控制,补偿机械传动间隙。
功率驱动模块的控制端
控制回路输出的 PWM(脉冲宽度调制)信号,控制功率模块(IGBT 或 MOSFET)的导通与关断。
通过调节 PWM 的占空比,控制输出到电机定子的电流大小和方向,从而控制电机的转速和扭矩。
保护逻辑模块
控制回路实时监测过流、过压、过载、超速等故障信号,一旦触发阈值,立即切断功率模块的输出,保护电机和驱动器。
关键补充
控制回路的响应速度和调节精度,决定了伺服系统的动态性能(如定位时间、抗负载扰动能力)。
不同品牌伺服驱动器(如安川 Σ-7、松下 MINAS A6、西门子 V90)的控制回路参数(如位置环增益、速度环积分时间)可通过软件调整,以适配不同负载特性。

