伺服频宽

伺服频宽也称为伺服带宽，伺服频宽（英语：Servo bandwidth）定义为伺服机构可以追随到的最高弦波命令频率，一般也会指定命令的振幅大小。伺服频宽表示伺服驱动器追随快速变化命令的能力，一般会以Hz或rad/秒为单位。

定义系统频宽一般会定义为系统输出振幅为输入信号的时的频率，不过应用在伺服系统时，这还不是一个精确的规格，因此不利于系统分析及开发。因为没有指定计算带宽时，输入信号需要的振幅。1

例子以下有一个简单的例子作为说明。

假设要设计一个位置伺服控制系统，其规格如下：

带宽：10Hz

允许振幅范围：± 50°

上述的规格还不足以建构实际的系统，规格中有潜藏的问题，没有提到伺服控制需在振幅多大时，有10Hz的带宽。可能有些设备商会在振幅为±20°时的上升时间为0.025秒（10Hz弦波），有些设备商会在振幅为±50°时的有相同的上升时间，两者的加速度需求差异很大。

因此可知，若只给伺服带宽，没有同时定义量测带宽时的振幅，其实是没有意义的。1

伺服机构伺服机构（servomechanism）系指经由闭回路控制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统。

一个伺服系统的构成通常包含受控体（plant）、致动器（actuator）、传感器（sensor）、控制器（controller）等几个部分。受控体系指被控制的物件，例如一个机械手臂，或是一个机械工作平台。致动器的功能在于主要提供受控体的动力，可能以气压、油压、或是电力驱动的方式呈现，若是采用油压驱动方式，则为油压伺服系统。目前绝大多数的伺服系统采用电力驱动方式，致动器包含了马达与功率放大器，例如应用于伺服系统的特别设计马达称之为伺服马达（servo motor），其装置内含位置回授装置，如光电编码器（optical encoder）或是解角器（resolver）。一个传统伺服机构系统的组成，伺服驱动器主要包含功率放大器与伺服控制器。

以伺服马达为例，其伺服控制器通常包含速度控制器与扭矩控制器，马达通常提供类比式的速度回授信号，控制界面采用±10V的类比讯号，经由外回路的类比命令，可直接控制马达的转速或扭矩。采用这种伺服驱动器，通常必须再加上一个位置控制器（position controller），才能完成位置控制。

目前主要应用于工业界的伺服马达包括直流伺服马达、永磁交流伺服马达、与感应交流伺服马达，其中又以永磁交流伺服马达占绝大多数。控制器的功能在于提供整个伺服系统的闭路控制，如扭矩控制、速度控制、与位置控制等。目前一般工业用伺服驱动器（servo drive）通常包含了控制器与功率放大器。伺服驱动器包含了伺服控制器与功率放大器，伺服马达提供分辨率的光电编码器回授信号。2

伺服技术伺服系统整合技术伺服系统具有综效技术（synergy technology）的本质。伺服系统设计必须整合多项关键技术，如自动控制、运动控制、数位控制、马达控制、电力电子、微处理器软硬件设计等等，伺服系统设计工程师必须针对系统的应用需求，整合多项不同的技术，而此一系统整合的特质，会随着微电子技术的进展，更明显的以‘即时多工固件控制技术’的方式呈现。

数位伺服控制技术随着高性能微处理器、数位信号处理器的发展，数位伺服控制技术已成为工业伺服系统的主流。

DSP数位伺服控制技术数字信号处理器（DSP）可视为一个具有强大计算能力的微处理器，举凡微处理器可以应用的场合，如需要更快速的计算能力，则可考虑使用DSP。但值得注意的是，单芯片微控器（microcontroller）已广泛应用于工业控制领域，其关键主要在于完整的I/O界面，而一般的DSP并不具备这些功能。但近年来，已发展出特别针对伺服马达控制的单芯片DSP控制器，例如德州仪器的TMS320F24xx、TMS320F2812等等，不仅计算性能强大、具备马达控制所需要的I/O界面，同时价格也相当便宜，因此直接带动了以DSP为核心的DSP数位马达控制技术的发展。

电脑辅助伺服系统设计由于伺服系统设计包含多项不同技术的整合，也使得其设计过程显得更为复杂。因此利用电脑辅助设计与即时线上控制模拟成为现代伺服系统设计重要的方法。

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学