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（一）、伺服簡介：
1、定義
（1）伺服系統—是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標值(或給定值)的任意變化的自動控制系統。
（2）在自動控制系統中，使輸出量能夠以一定的準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統稱為隨動系統，亦稱伺服系統。
伺服的主要任務是按控制命令的要求，對功率進行放大、變換與調控等處理，使驅動裝置輸出的力距、速度和位置控制得非常靈活方便。
2、伺服系統的組成
伺服系統是具有反饋的閉環自動控制系統。它由位置檢測部分、誤差放大部分、執行部分及被控對象組成。
3、伺服系統的性能要求
伺服系統必須具備可控性好，穩定性高和速應性強等基本性能。說明一下，可控性好是指訊號消失以后，能立即自行停轉;穩定性高是指轉速隨轉距的增加而均勻下降;速應性強是指反應快、靈敏、響態品質好。
4、 伺服系統的種類
通常根據伺服驅動機的種類來分類，有電氣式、油壓式或電氣—油壓式三種。
伺服系統若按功能來分，則有計量伺服和功率伺服系統;模擬伺服和功率伺服系統;位置伺服和加速度伺服系統等。
電氣式伺服系統根據電氣信號可分為DC直流伺服系統和AC交流伺服系統二大類。AC交流伺服系統又有異步電機伺服系統和同步電機伺服系統兩種。
這里只討論電氣式伺服系統中的一種—交流永磁同步電機伺服系統。
5、AC伺服系統
電氣伺服技術應用最廣，主要原因是控制方便，靈活，容易獲得驅動能源，沒有公害污染，維護也比較容易。特別是隨著電子技術和計算機軟件技術的發展，它為電氣伺服技術的發展提供了廣闊的前景。
早在70年代，小慣量的伺服直流電動機已經實用化了。到了70年代末期交流伺服系統開始發展，逐步實用化，AC伺服電動機的應用越來越廣,并且還有取代DC伺服系統的趨勢成為電氣伺服系統的主流。 永磁轉子的同步伺服電動機由于永磁材料不斷提高，價格不斷下降，控制又比異步電機簡單，容易實現高性能的緣故，所以永磁同步電機的AC伺服系統應用更為廣泛。
目前，在交流同步伺服驅動系統中，普通應用的交流永磁同步伺服電動機有兩大類。
一類稱為無刷直流電動機，它要求將方波電流直入定子繞組（BLDCM）
另一類稱為三相永磁同步電動機，它要求輸入定子繞組的電源仍然是三相正弦波形。（PM•SM）
無刷直流電動機(BLDCM)，用裝有永磁體的轉子取代有刷直流電動機的定子磁極，將原直流電動機的電樞變為定子。有刷直流電動機是依靠機械換向器將直流電流轉換為近似梯形波的交流電流供給電樞繞組，而無刷直流電動機(BLDCM)是將方波電流(實際上也是梯形波)直接輸入定子。將有刷直流電動機的定子和轉子顛倒一下，并采用永磁轉子，就可以省去機械換向器和電刷，由此得名無刷直流電動機。 BLDCM定子每相感應電動勢為梯形波，為了產生恒定的電磁轉矩，要求功率逆變器向BLDCM定子輸入三相對稱方波電流，而SPWM、PM、SM定子每相感應電動勢為近似正弦波，需要向SPWM、PM、SM定子輸入三相對稱正弦波電流。
[NextPage] 永磁同步電機的磁場來自電動機的轉子上的永久磁鐵，永久磁鐵的特性在很大程度上決定了電機的特性，目前采用的永磁材料主要有鐵淦氧，鋁鎳鈷，釹鐵硼以及SmCO5 Sm2CO17.
在轉子上安裝永磁鐵的方式有兩種。一種是將成形永久磁鐵裝在轉子表面，即所謂外裝式；另一種是將形成永久磁鐵埋入轉子里面，即所謂內裝式。永久磁鐵的形狀可分為扇形和矩形兩種。
根據確定的轉子結構所對應的每相勵磁磁動勢的分布不同，三相永磁同步電動機可分為兩種類型：正弦波型和方波型永磁同步電機，前者每相勵磁磁動勢分布是正弦波狀，后者每相勵磁磁動勢分布呈方波狀，根據子路結構和永磁體形狀的不同而不同。對于徑向勵磁結構，永磁體直接面向均勻氣隙，如果采用系統永磁材料，由于稀土永磁的取向性好，可以方便的獲得具有較好方波形狀的氣隙磁場。對于采用非均勻氣隙或非均勻磁化方向長度的永磁體的徑向勵磁結構，氣隙磁場波形可以實現正弦分布。
綜上所述兩類永磁AC同步伺服電動機的差異歸納如下:：
控制原理相似，給定指令信號加到AC伺服系統的輸入端，電動機軸上位置反饋信號與給定位置相比較，根據比較結果控制伺服的運動，直至達到所要求的位置為止。PM、SM和BLDCM二類伺服系統構成的基本思路是一致的。
兩種永磁無刷電動機比較而言，方波無刷直流電動機具有控制簡單、成本低、檢測裝置簡單、系統實現起來相對容易等優點。但是方波無刷直流電動機原理上存在固有缺陷，因電樞中電流和電樞磁勢移動的不連續性而存在電磁脈動，而這種脈動在高速運轉時產生噪聲，在中低速又是平穩的力矩驅動的主要障礙。轉矩脈動又使得電機速度控制特性惡化，從而限制了由其構成的方波無刷直流電動機伺服系統在高精度、高性能要求的伺服驅動場合下的應用（尤其是在低速直接驅動場合）。因此，對于一般性能的電伺服驅動控制系統，選用方波無刷直流電動機及相應的控制方式。而PM、SM伺服系統要求定子輸入三相正弦波電流，可以獲得更好的平穩性，具有更優越的低速伺服性能。因而廣泛用于數控機床，工業機器人等高性能高精度的伺服驅動系統中。
6、伺服系統的發展過程
伺服系統的發展經歷了由液壓到電氣的過程, 電氣伺服系統根據所驅動電機類型分為直流(DC)伺服系統和交流(AC)伺服系統。交流伺服系統按其采用的驅動電機類型又可分為永磁同步(SM型)電動機交流伺服系統和感應式異步(IM型)電動機交流伺服系統。
由于直流伺服電動機存在機械結構復雜, 維修工作量大包括電刷、換向器等則成為直流伺服驅動技術發展的瓶頸。隨著微處理技術、大功率電力電子技術的成熟和電機永磁材料的發展和成本降低, 交流伺服系統得到長足發展并將逐步取代直流伺服系統。
1990年以前，由于技術成本等原因，國內伺服電機以直流永磁有刷電機和步進電機為主，而且主要集中在機床和國防軍工行業。1990年以后，進口永磁交流伺服電機系統逐步進入中國，此期間得益于稀土永磁材料的發展、電力電子及微電子技術日新月異的進步，交流伺服電機的驅動技術也很快從模擬式過渡到全數字式。由于交流伺服電機的驅動裝置采用了先進全數字式驅動控制技術，硬件結構簡單，參數調整方便，產品生產的一致性可靠性增加，同時可集成復雜的電機控制算法和智能化控制功能，如增益自動調整、網絡通訊功能等，大大拓展了交流伺服電機的適用領域；另外隨著各行業，如機床、印刷設備、包裝設備、紡織設備、激光加工設備、機器人、自動化生產線等，對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求不斷提高，這些領域對交流伺服電機的需求將迅猛增長，交流伺服將逐步替代原有直流有刷伺服電機和步進電機。
正弦波交流伺服系統綜合了伺服電動機、角速度和角位移傳感器的最新成就，與采用新型電力電子器件、專用集成電路和專用控制算法的交流伺服驅動器相匹配，組成新型高性能機電一體化產品。使原有的直流伺服系統面臨淘汰的危機，成為當今世界伺服驅動的主流及發展方向。正弦波交流伺服廣泛使用于航空、航天、兵器、船舶、電子及核工業等領域，如自行火炮、衛星姿態控制、雷達驅動、機載吊艙定位系統、戰車火控及火力系統、水下滅雷機器人等。
（二）、伺服壓力機
伺服壓力機是在20 世紀90 年代國際上出現的一種與傳統機械壓力機完全不同概念的第三代壓力機, 它是高新技術( 信息技術、自動控制、現代電工、新材料)與傳統的機械技術的結合, 實現了沖壓設備的數字控制。
1、技術特點
隨著大功率交流伺服電機的研制成功和變頻技術得到迅速的推廣應用, 出現了滑塊運動曲線可調的伺服壓力機, 使得壓力機的工作性能和工藝適用性大大提高,壓力機朝著柔性化、智能化的方向發展。
伺服壓力機采用單個或多個交流伺服電機, 通過雙驅動機構( 均載機構) 和對稱增力機構, 直接驅動滑塊的主傳動結構形式; 控制系統采用計算機控制, 利用數字技術及反饋控制技術, 對壓力機滑塊位置、速度、運行軌跡實現控制, 使機械壓力機具有柔性化、智能化的特點, 工作性能和工藝適應性大大提高, 是成形裝備的一個重大突破。
與傳統壓力機相比，伺服壓力機的特征如下：
(1)提高生產率 行程長度可設定為生產必要的最小值。可維持與加工內容相適合的成形速度。
(2)制品精度高 通過閉環反饋控制，始終保證下死點的精度。抑制產品出毛邊，防止不良品的產生。
(3)噪聲低，模具壽命長 通過低噪聲模式(即降低滑塊與板料的接觸速度)，與通用機械壓力機相比，大幅減少噪聲。而且模具的振動小，壽命長。
[NextPage] (4)滑塊運動的可控制性 使用者可利用此特點編制出適合于加工工藝的滑塊運動方式，有效提高產品的精度和穩定性，提高模具壽命及生產率，而且可實現靜音沖裁，甚至可以擴大加工范圍(如鎂合金的沖壓加工等)，適于沖裁、拉深、壓印和彎曲等工藝，以及不同材料的特性曲線。如可將滑塊運行停止保壓，其目的是提高制件的成形質量。
(5)節能環保 取消了傳統機械壓力機的飛輪、離合器等耗能元件，減少了驅動件，簡化了機械傳動結構；潤滑油量少，行程可控；由于電力消耗少，因此運行成本也大幅降低!
與傳統的壓力機相比，伺服壓力機不僅具有液壓機的工作平穩，行程、壓力可調的優點，還具有傳統機械壓力機結構簡單、生產率高的優點。其獨自的特點和優點：提高設備自動化、智能化水平，實現數字化控制，實現了普通機械壓力機所不能達到的壓力成形工藝，改善壓力機的工作特性，節能環保，提高模具壽命，簡化機械傳動機構，安全性高，可靠性高，維修性好，設備通用性高，以及具有壓力機運行信息管理功能和生產信息管理功能等。
2．伺服壓力機工作原理
伺服壓力機是利用永磁鐵伺服電機具有的動力、變速與執行等多種功能，以及轉速具有良好可控性的特點，直接(或通過齒輪傳動)驅動沖壓機構，采用自適應扭矩控制技術和計算機控制技術，利用數字技術(以及反饋控制技術)控制伺服電機的運轉，可以精確地控制滑塊相對于電機轉角的位置，以便于獨立控制滑塊的位置和速度，用一種沖壓機構實現為多種沖壓工藝而設定的最適合的滑塊運動模式，通過編制不同的程序，實現工藝所需的各種滑塊運動曲線，獲得不同的工伺：變形速度，保證了工件質量，提高了模具的壽命，是一種環保節能型壓力機，實現了機械壓力機的數字控制．使機械壓力機真正跨人了數字化時代。
由于伺服壓力機具有制成品精度高、工作環境好，尤其是很好的節能性等優點，因此用伺服壓力機逐步取代現有的機械壓力機，對我國建設節約型社會將具有特殊的意義。
3．國內外伺服壓力機技術發展現狀
日本小松、網野、會田等公司，經過10多年的研發，在伺服壓力機的理論研究上取得了很大進展，現在能生產最大2500t伺服壓力機。現在日本幾乎所有的壓力機廠家都在開發研制這種新型鍛壓設備——伺服壓力機。日本在伺服壓力機研制、生產及商品化上處于國際領先水平，而國際上制造先進大國如德國尚處于研制階段。
10年前，日本網野公司開始了伺服壓力機的開發研制，目前網野公司根據各種加工生產的需要，已經生產出了機械連桿伺服壓力機(如附圖所示)、曲柄多連桿伺服壓力機、直動式伺服壓力機、液壓式精密伺服壓力機和液壓式伺服壓力機等多種類型的伺服壓力機。壓力機規格從40kN至IJ 25000kN機械連桿伺服壓力機采用AC伺服電機作為驅動源，通過減速器驅動特殊螺桿、對稱連桿帶動滑塊運動的壓力機，采用了伺服電機通過特殊螺桿軸驅動對稱連桿機構，帶動滑塊完成沖壓運動。
4．伺服壓力機的應用前景
伺服壓力機主要用于拉深、沖裁、彎曲和冷鍛等生產線及試模壓力機。采用計算機控制，利用數字技術(以及反饋控制方法)達到高級精度控制：既可對壓力機滑塊位置進行控制(滑塊的位置重復控制精度為±0.01mm)，也可對滑塊速度進行控制，同時，還可對滑塊的輸出力進行控制(控制精度可達滑塊的最大輸出力的±1.6％)，從而使汽車制造中采用高強度鋼板、鋁合金板材的大型覆蓋件的成形成為可能。與此同時，也可以控制壓力機的滑塊運動軌跡，這不但能提高模具壽命數倍，而且改善了壓力機的工作環境，降低了噪聲和振動，為拓展新的成形加工工藝和模具制造方法提供了廣闊前景。
（三）新型伺服壓力機
伺服沖壓線和帶伺服驅動的落料系統將改變沖壓車間的未來。伺服沖壓線的特點是最大的靈活性，高產率及換模時間短。沖壓線上每臺壓力機的滑塊運動曲線可以針對每個零件作單獨調整，以適應成形工藝，模具和自動化。
[NextPage]
新型伺服壓力機采用了適應性很強的伺服驅動技術，將液壓機的靈活性與機械壓力機的高效率優點有機地結合起來，企業可以為他們的用戶提供大小批量的各種不同的沖壓件，生產能力大幅提高。日本小松公司和德國舒勒公司相繼開發并已生產出了這種伺服壓力機（見圖2），目前在我國國內，一汽豐田汽車公司和廣州豐田汽車公司已采用了這種設備。
圖2 德國舒勒公司于2007年開發的新型伺服壓力機
伺服驅動系統最突出的特點就是：電動機直接與偏心曲柄齒輪相互連接，由于電動機的轉速可以任意調節，從而可以任意地調節曲柄機構的運動速度，任意加快或減慢沖壓速度。
伺服壓力機的另一大特點是匹配性很高。由于伺服壓力機的電動機轉速是可以無級調節的，因此有可能在沖壓過程中實現沖壓運動和沖裁力的無級調節，使壓力機的工作曲線與各種不同的應用要求相匹配。為了保證曲柄完成精確的運動，用戶可以通過減速拉延加工實現或者保持恒定的沖壓運動速度，這樣不僅可以提高板材加工的質量，而且也可延長模具的使用壽命。
伺服壓力機的轉速變化及控制經過了合理的優化設計，并且采用了集成化的模塊，按照模塊化結構制造，如果不需要使用其伺服功能時，該機就可以像傳統壓力機一樣工作，保持恒定的功率和行程。
 
高產率準備的伺服沖壓線 在伺服沖壓線內，橫桿式送料機械手負責安全、快速的輸送工件
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