伺服頻寬

伺服頻寬也稱為伺服頻寬，伺服頻寬（英語：Servo bandwidth）定義為伺服機構可以追隨到的最高弦波命令頻率，一般也會指定命令的振幅大小。伺服頻寬表示伺服驅動器追隨快速變化命令的能力，一般會以Hz或rad/秒為單位。

基本介紹

• 中文名：伺服頻寬
• 外文名：Servo bandwidth
• 學科：電子工程
• 單位：Hz或rad/秒為單位

定義

系統頻寬一般會定義為系統輸出振幅為輸入信號的時的頻率，不過套用在伺服系統時，這還不是一個精確的規格，因此不利於系統分析及開發。因為沒有指定計算頻寬時，輸入信號需要的振幅。

例子

以下有一個簡單的例子作為說明。

假設要設計一個位置伺服控制系統，其規格如下：

• 頻寬：10Hz
  
• 允許振幅範圍：± 50°
  

上述的規格還不足以建構實際的系統，規格中有潛藏的問題，沒有提到伺服控制需在振幅多大時，有10Hz的頻寬。可能有些設備商會在振幅為±20°時的上升時間為0.025秒（10Hz弦波），有些設備商會在振幅為±50°時的有相同的上升時間，兩者的加速度需求差異很大。

因此可知，若只給伺服頻寬，沒有同時定義量測頻寬時的振幅，其實是沒有意義的。

伺服機構

伺服機構（servomechanism）系指經由閉迴路控制方式達到一個機械系統位置、速度、或加速度控制的系統。

一個伺服系統的構成通常包含受控體（plant）、致動器（actuator）、感測器（sensor）、控制器（controller）等幾個部分。受控體系指被控制的物件，例如一個機械手臂，或是一個機械工作平台。致動器的功能在於主要提供受控體的動力，可能以氣壓、油壓、或是電力驅動的方式呈現，若是採用油壓驅動方式，則為油壓伺服系統。目前絕大多數的伺服系統採用電力驅動方式，致動器包含了馬達與功率放大器，例如套用於伺服系統的特別設計馬達稱之為伺服馬達（servo motor），其裝置內含位置回授裝置，如光電編碼器（optical encoder）或是解角器（resolver）。一個傳統伺服機構系統的組成，伺服驅動器主要包含功率放大器與伺服控制器。

以伺服馬達為例，其伺服控制器通常包含速度控制器與扭矩控制器，馬達通常提供類比式的速度回授信號，控制界面採用±10V的類比訊號，經由外迴路的類比命令，可直接控制馬達的轉速或扭矩。採用這種伺服驅動器，通常必須再加上一個位置控制器（position controller），才能完成位置控制。

目前主要套用於工業界的伺服馬達包括直流伺服馬達、永磁交流伺服馬達、與感應交流伺服馬達，其中又以永磁交流伺服馬達占絕大多數。控制器的功能在於提供整個伺服系統的閉路控制，如扭矩控制、速度控制、與位置控制等。目前一般工業用伺服驅動器（servo drive）通常包含了控制器與功率放大器。伺服驅動器包含了伺服控制器與功率放大器，伺服馬達提供解析度的光電編碼器回授信號。

伺服技術

伺服系統整合技術

伺服系統具有綜效技術（synergy technology）的本質。伺服系統設計必須整合多項關鍵技術，如自動控制、運動控制、數位控制、馬達控制、電力電子、微處理器軟硬體設計等等，伺服系統設計工程師必須針對系統的套用需求，整合多項不同的技術，而此一系統整合的特質，會隨著微電子技術的進展，更明顯的以‘即時多工固件控制技術’的方式呈現。

數位伺服控制技術

隨著高性能微處理器、數位信號處理器的發展，數位伺服控制技術已成為工業伺服系統的主流。

DSP數位伺服控制技術

數位訊號處理器（DSP）可視為一個具有強大計算能力的微處理器，舉凡微處理器可以套用的場合，如需要更快速的計算能力，則可考慮使用DSP。但值得注意的是，單晶片微控器（microcontroller）已廣泛套用於工業控制領域，其關鍵主要在於完整的I/O界面，而一般的DSP並不具備這些功能。但近年來，已發展出特別針對伺服馬達控制的單晶片DSP控制器，例如德州儀器的TMS320F24xx、TMS320F2812等等，不僅計算性能強大、具備馬達控制所需要的I/O界面，同時價格也相當便宜，因此直接帶動了以DSP為核心的DSP數位馬達控制技術的發展。

電腦輔助伺服系統設計

由於伺服系統設計包含多項不同技術的整合，也使得其設計過程顯得更為複雜。因此利用電腦輔助設計與即時線上控制模擬成為現代伺服系統設計重要的方法。