伺服系統(tǒng)應(yīng)用從最初的軍事行業(yè)，如火炮控制和指揮儀、天線位置控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。逐漸發(fā)展到航天、船舶、機(jī)械制造，更是在冶金、交通運(yùn)輸、化工、紡織業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。隨著微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，伺服系統(tǒng)已向數(shù)字化邁進(jìn)。本節(jié)主要講述了液壓伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)以及數(shù)字伺服系統(tǒng)的發(fā)展概況。通過了解伺服系統(tǒng)發(fā)展概況，讀者可對各類伺服系統(tǒng)發(fā)展有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

  如圖3-1所示，伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)類似，分別由比較電路、控制器、執(zhí)行元件、被控對象和反饋元件五部分組成。伺服系統(tǒng)指輸出量Y能準(zhǔn)確按預(yù)定要求完成對輸入量R的跟蹤。如數(shù)控機(jī)床可以在不同軸上精確跟蹤給定的速度、位移等輸入信號。

  (圖3-1 伺服系統(tǒng)基本構(gòu)成圖)

  液壓及氣動(dòng)伺服系統(tǒng)的發(fā)展

  液壓伺服系統(tǒng)不僅有自身優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在各種缺點(diǎn)，這決定了其應(yīng)用具有一定的局限性，發(fā)展相對緩慢。

  如表3-1所示，液壓伺服系統(tǒng)具有其他伺服系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如單位質(zhì)量的設(shè)備所能輸出的功率大、可產(chǎn)生大的加速度和小的時(shí)間常數(shù)、液壓馬達(dá)調(diào)速范圍寬;相反液壓伺服系統(tǒng)具有使用不方便、維護(hù)困難、油液易泄漏、過載能力低、噪聲比較大的缺點(diǎn)。鑒于液壓伺服系統(tǒng)以上特點(diǎn)，不能在電子設(shè)備、醫(yī)療機(jī)械、食品加工機(jī)械、工藝品加工機(jī)械上廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)在液壓系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，液壓伺服系統(tǒng)向機(jī)電一體化和數(shù)字化方向發(fā)展。

  (表 3-1 液壓伺服系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對照表)

  氣動(dòng)伺服控制系統(tǒng)是以氣體為工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)能量傳遞、轉(zhuǎn)換、分配的控制系統(tǒng)。氣動(dòng)同服系統(tǒng)因其節(jié)能、無污染、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、適應(yīng)溫度范圍廣等一系列的優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速的發(fā)展。氣動(dòng)伺服主要應(yīng)用于冶金、煤氣、石油化工等各種過程控制系統(tǒng)。無論從產(chǎn)品規(guī)格、種類、數(shù)量、銷售量、應(yīng)用范圍，還是從研究水平和研究人員的數(shù)量上來看，我國相比世界各發(fā)達(dá)工業(yè)國家，氣動(dòng)伺服的發(fā)展比較緩慢。隨著高性能的電氣控制元件和執(zhí)行元件的迅速發(fā)展，氣動(dòng)伺服控制技術(shù)的研究也必將取得新成果。

  電氣伺服系統(tǒng)的發(fā)展

  電氣伺服系統(tǒng)經(jīng)歷了從直流(DC)伺服向交流(AC)伺服不斷轉(zhuǎn)化的過程，其轉(zhuǎn)化階段見表 3-2。

  (表 3-2 電氣伺服控制系統(tǒng)發(fā)展階段及特點(diǎn))

  自20世紀(jì)80年代后期以來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對作為工業(yè)設(shè)備的重要驅(qū)動(dòng)源之一的伺服系統(tǒng)提出了越來越高的要求，研究和發(fā)展高性能交流伺服系統(tǒng)成為國內(nèi)外伺服領(lǐng)域發(fā)展的新方向。交流異步伺服系統(tǒng)主要集中在性能要求不高的大功率伺服領(lǐng)域。近10年來永磁同步電動(dòng)機(jī)性能得到快速提高，與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和普通同步電動(dòng)機(jī)相比，永磁同步電動(dòng)機(jī)具有控制簡單、低速運(yùn)行性能好及性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，使該類電動(dòng)機(jī)逐漸成為交流伺服電動(dòng)機(jī)的主流。隨著微型計(jì)算機(jī)不斷應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，伺服控制器也由模擬控制器向數(shù)字控制器轉(zhuǎn)換，數(shù)字伺服控制器擁有模擬控制器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

  如表3-3所示，數(shù)字伺服系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)主要包括：可以看明顯地降低控制器硬件成本，執(zhí)行速度更快，集成電路和大規(guī)模集成電路可改善系統(tǒng)可靠性，容易和上位機(jī)聯(lián)運(yùn)，參數(shù)容易修改以及設(shè)計(jì)的軟硬件可實(shí)現(xiàn)多種控制功能。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字伺服系統(tǒng)有逐步替代傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)的趨勢。

  (表3-3 數(shù)字伺服系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn))