伺服驱动器（servo drives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。
随着伺服系统的大规模应用，伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器在当今比较重要的技术课题，越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深层次研究。伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中。尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国内外研究热点。当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置3闭环控制算法。该算法中速度闭环设计合理与否，对于整个伺服控制系统，特别是速度控制性能的发挥起到关键作用。
伺服驱动器的工作原理
目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。
功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。
伺服驱动器的控制方式
一般伺服都有三种控制方式：位置控制方式、转矩控制方式、速度控制方式。
1、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值，由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。
2、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的手里有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。
3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。
如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。
如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。
如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点，如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，采用位置控制方式。
伺服驱动器对电机的主要控制方式
伺服驱动器对电机的主要控制方式为：位置控制、速度控和转矩控制。
位置控制：是指驱动器对电机的转速、转角和转矩均于控制，上位机对驱动器发脉冲串进行转速与转角的控制，输入的脉冲频率控制电机的转速，输入的脉冲个数控制电机旋转的角度。
速度控制：是指驱动器仅对电机的转速和转矩进行控制，电机的转角由CNC取驱动器反馈的A、B、Z编码器信号进行控制，CNC对驱动器发出的是模拟量（电压）信号，范围为+10V～-10V，正电压控制电机正转，负电压控制电机反转，电压值的大小决定电机的转数。
转矩控制：是指伺服驱动器仅对电机的转矩进行控制，电机输出的转矩不在随负载变，只听从于输入的转矩命令，上位机对驱动器发出的是模拟量（电压）信号，范围为+10V～-10V，正电压控制电机正转，负电压控制电机反转，电压值的大小决定电机输出的转矩。电机的转速与转角由上位机控制。
选型篇
伺服驱动器选型6大关键性参数
伺服系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它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、速度和位置控制非常灵活方便。
伺服驱动器属于伺服系统的一部分,用来控制伺服电机，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。
选择一款合适的伺服驱动器需要考虑到各个方面，这主要根据系统的要求来选择，在选型之前，首先分析以下系统需求，比如尺寸、供电、功率、控制方式等，为选型定下方向。下面我们来看一下伺服驱动器的各方面参数。
1.持续电流、峰值电流；
2.供电电压、控制部分供电电压；
3.支持的电机类型、反馈类型；
4.控制模式、接受命令的形式；
5.通讯协议
6.数字IO
根据这些信息我们大致能选出与电机匹配的伺服驱动器。除此之外，还要注意工作环境，温湿度情况，安装是尺寸是否合适等。
选择驱动器是不仅考虑驱动器是否与电机匹配，还要考虑控制方式等。伺服驱动器有三种控制方式：位置、速度、力矩模式。力矩模式和速度可以通过外界的模拟量输入或者通讯命令设定转矩大小，位置模式则是通过脉冲的频率和个数来确定运动的速度和运动长度。力矩模式下电机输出一个固定的力矩，对位置、速度无法控制。位置模式对速度和位置有很严格的控制，一般用于定位装置。可根据系统的需求，和上位控制类型，选择合适的控制方式。
现在伺服驱动器的越来越智能化，不仅支持各种类型的伺服电机，还兼容多种类型的反馈，可接收模拟量、PWM、脉冲+方向和软件命令，通信支持CANopen、Ethercat等。提供三环控制和换向功能，在智能一键调谐等。使用十分方便，有较高控制精度，使系统的性能有大幅提升，为开发人员的节省大量的时间。
伺服驱动器选型9个参考因素
我们在为特定的应用选择合适的伺服系统时，是有很多因素需要考虑的。为了实现整个伺服系统的最优性能，有一下9方面需要着重考虑。
1、电机规格的选择
电机启动时，有3个最重要的标准：转速、转矩和转动惯量。
前面两个标准显而易见，一般情况下，可利用生产制造商提供的“选型”软件进行计算。使用这些程序时，输入应用中所需的运动类型，软件根据负载和传动的类型（变速箱、皮带、齿条和齿轮、滚珠丝杆等），就可以自动计算所需的转矩和转速。
虽然转动惯量不是那么直观，但是同样重要。由于在大多数的轴联器与其连接的机械传动装置之间，有某种程度的依从性，所以至关重要的一点是与电机的转动惯性相比，负载的反射惯性不能太大。
由于两者比例上升增加，会导致调节难度显著增加。随着调节算法的发展、微处理器速度的提升，允许的比例也随之增加，但是传统上使用的10：1的负载-电机惯性比，是一个比较安全的选择。
2、负载连接
电机是否应该直接连接？有些伺服装置，允许将负载直接连接到电机的转子上。在最小依从性以及较低的加/减速率的情况下，可以实现超过100:1的惯性比。生产制造商提供的选型软件，是调整这些设计准则以将系统的惯性比限制在适当范围之内的最佳工具。
3、能源再生利用
在很多应用场合中，伺服系统需要考虑的另一个因素，是处理电机及负载所产生的可重复利用能源的能力。这里涉及到的是伺服系统的放大器。当电机的转矩在某一方向，而电机的运动方向则与其相反，那么电机会将再生能源传回放大器。这是因为电机和发电机的基本设计是一样的。
将能量传递给电机的绕组，将会产生电磁场，这样电机的转子及永磁体就会随之转动。与此类似，当电机转子转动时，永磁体励磁将能量传递给绕组。驱动利用再生能源有很多不同的途径。某些小型的驱动利用母线电容器来吸收这些能量，而更大一点的驱动则是用内部电阻发热来消耗这些热量。生产制造商提供的选型软件，一般会给出是否需要能量再生工艺。
4、有效线路再生
对于一些大型的系统一般配有转换器，这样就可以将能量传回到为系统供电的电源回路上。在选择伺服系统时，如果设计电机和负载之间允许的惯性不匹配，另外一个需要考虑的因素是驱动器能够处理的再生能源的数量。
在处理超量的再生能源应用时，一般情况下会将外部功率电阻连接至放大器。当重力成为一个考虑因素，并且需要快速降低较大的惯性负载时，这些应用一般垂直布置。显而易见，除了再生功能，放大器还需要为电机提供适当的电压和电流，以便实现所需的转速和转矩。为电机和放大器选择合适的功率需求，仅仅是个开始。
5、控制系统需求
下一步，需要处理控制方面的需求。让我们先回到电机。按照定义，伺服系统总是需要一个反馈装置。目前，反馈装置一般是高分辨率的解码器或分解器。为了确保能够满足所需的定位精度，反馈装置必须具有适当的分辨率来实现可重复性和精度。放大器还必须与来自于安装在电机上的反馈装置的信号类型兼容。
6、定位精度
习惯上，解码器在两个通道上通过脉冲序列来传递位置和转速信息，并将其传回放大器。然而，由于这些解码器的精度已经大大提高，有些生产制造商开始使用具有较高传输速率的串口解码器，而不是脉冲序列来传递这些信息数据包。这些串口解码器能够传递具有较高分辨率的信号，从而对噪音具有更高的抗干扰能力，并且可以提供其它类型的信号。这些附加信息，包括电机温度甚至是电机的部件号。
在伺服系统中，当电机和放大器由同一个生产制造商供应时，反馈装置能够识别电机并将其传递给放大器的能力，使其可以自动为优化运行和电机保护设立内部参数。
7、通讯连接性能
当具有驱动和反馈装置的电机和放大器之间相互匹配，并且具有应用所需的分辨率时，就可以开始考虑放大器和运动控制器之间的指令信号了。对于单轴应用，比较常见的是将控制器嵌入或者附着在放大器的一侧。某些应用则将其集成到更高一级的控制系统中。可编程逻辑控制器（PLC）或者可编程自动控制器（PAC）可以控制整个单元或生产线，并通过数字输入/输出（I/O)或通讯协议，比如EtherNet/IP
或 ModbusTCP/IP，将这些信息传递给单运动轴控制器。
8、控制接口选择
在多轴应用中，控制器一般是独立的。传统上，控制器发出的指令一般为+10V信号，代表转速或力矩。现在，大多数生产制造商提供基于网络的解决方案。这些基于网络的解决方案接线工作量较少，可以处理更高分辨率的反馈，并且能够从放大器收集到更多的诊断信息。有很多种运动网络可以使用，每种都有其优点和不足。
9、运动控制网络的选择
很多比较新的运动控制网络都基于以太网硬件，并且充分利用其不断增加的速率和逐步降低的成本。但是，不能因为在放大器上有RJ-45接口，就认为它一定能与相关的控制器或网络的其它部分兼容。
在这些网络上运行的协议将决定系统的兼容性。EtherCAT、Mechatrolink III和Powerlink是基于以太网协议、适合于运动控制的几种高速确定性网络。
基于网络的伺服系统，一般会配置能够使用诸如Modbus TCP/ IP 和EtherNet/IP等常见工业协议的以太网端口，以便向监控网络报告诊断和产品信息。
