伺服系列之伺服概述(虚拟主轴,电子凸轮,多轴控制)

伺服一般提供有三种控制模式：转矩控制、速度控制与位置控制。目前，简单定位控制以及这几种模式的相互切换能提供诸如推压之类的额外功能，国产伺服一般能做到。但一些高端功能如虚拟主轴、电子凸轮、多轴控制等在国产伺服中尚属罕见，其应用指导更不多见，因而作者希望通过伺服系列博文来推动此类应用与普及。

伺服一般的结构如下图：

由图可见，伺服拓扑结构与变频器没有本质区别，可以认为伺服为广义变频器中的一种高性能专机，能实现运动控制功能。正是因为伺服的高性能，使得伺服实现更快速复杂的功能成为可能，下面分别简单介绍虚拟主轴、电子凸轮和多轴控制。

虚拟主轴：见下图，多台伺服之间保持严格的速度特性，取代昂贵笨重的机械主轴，在印刷、纺织机械等场合得到大量的应用。

电子凸轮：见下图，电子凸轮就是用伺服模拟凸轮的速度-位置特性，取代机械凸轮，这就需要多台伺服之间的高速高精度速度-位置同步。电子凸轮的应用大大提高了设备的可靠性和灵活性，提升了生产的效率，所以在高性能纺机等设备上得到了广泛的应用。

多轴控制系统：在一些高性能数控机床中，多轴加工成为必配功能，这对同步提出更高要求。如果能在一台伺服中实现多电机驱动，会简化系统设计，同时可以提供更多的功能灵活性。典型的拓扑结构见下图。

由于一般的MCU/DSP未提供多路PWM电路，因而采用FPGA/CPLD来构建PWM生成系统成为必然选择。同时，此种架构为模块化伺服提供了可能性，也就是控制部分与功率部分分离，即强电与IGBT部分做成单独的模块，这为机床系统的机械设计提供了更大的灵活性。

以上是对伺服系统几个高级功能的简单描述，接下来将会分别对这些功能技术和应用细节进行详细的论述。

伺服/变频系统为实现更好的自动化工艺提供了技术基础，同时伺服/变频本身也有很多的设计关注点和很深的探索空间，欢迎大家共同研讨。