伺服电机主要有三种基础控制方式：转矩控制（电流控制）、速度控制、位置控制。它们各自侧重点不同，配合使用可以实现复杂运动控制，以下是具体控制方式详解：

1. 转矩控制 (Torque Control / Current Control)

• 核心目标： 精确控制电机输出的力矩（或力）。
• 控制原理：
  • 输入指令： 给驱动器输入一个目标转矩值（通常用其等效电流值表示）。
  • 反馈信号： 主要依赖电机内嵌的霍尔元件或通过电参数估算的实时转矩/电流值。位置/速度信号主要起辅助和保护作用（如超速保护）。
  • 控制过程：
    1. 驱动器内部电流环持续检测电机实际绕组电流。
    2. 不断比较实际电流与目标电流值。
    3. 根据比较结果（误差），通过功率放大电路（如PWM控制逆变器）实时调整施加在电机绕组上的电压和电流，直到实际输出转矩等于目标转矩。
  • 特点：
    • 电机只专注于输出设定力矩，不关心速度和位置是否达到。
    • 输出力矩由负载决定，转速可能被拖高或拖低（甚至反转）。
    • 稳定性高度依赖驱动器对电流的精准采样与快速响应能力。
• 应用场景：
  • 需要恒定施力的场合：如拧螺丝机（到达设定扭矩停止）、收卷/放卷机（控制张力）、压力控制（如注塑机）。
  • 需要力量反馈的协作机器人（如抓鸡蛋需轻柔用力）。
  • 主从跟随系统中。

2. 速度控制 (Velocity Control / Speed Control)

• 核心目标： 精确控制电机的旋转速度（RPM）。
• 控制原理：
  • 输入指令： 给驱动器输入一个目标速度值。
  • 反馈信号： 主要依赖电机编码器测量的实时旋转速度。
  • 控制过程：
    1. 驱动器内部速度环持续计算编码器反馈的速度值。
    2. 不断比较实际速度与目标速度值，计算出速度误差。
    3. 基于速度误差（通常通过PID算法等），自动生成一个目标转矩指令。
    4. 将目标转矩指令传递给内部的转矩环。
    5. 转矩环（电流环）工作如前所述，最终输出相应电流使电机达到目标速度。
  • 特点：
    • 速度环套在转矩环之外（外环）。
    • 电机聚焦于维持设定速度，对外部负载变化（扰动）的抵抗能力强。
    • 对位置精度不做控制，持续运行后可能产生累积位置误差。
• 应用场景：
  • 需要稳定转速的场合：如传送带、风扇、泵类、抛光机、搅拌机。
  • 恒线速度控制（如绕线机、CNC刀具恒表面切削速度）。
  • 配合位置环实现平滑加减速（如多段速运行）。

3. 位置控制 (Position Control)

• 核心目标： 精确控制电机的旋转角度（或线性移动距离）。
• 控制原理：
  • 输入指令： 给驱动器输入一个目标位置值（通常用脉冲数或距离单位表示指令）。
  • 反馈信号： 主要依赖电机编码器测量的实时位置（角度或脉冲数）。
  • 控制过程：
    1. 驱动器内部位置环持续计算编码器反馈的位置值。
    2. 不断比较实际位置与目标位置值，计算出位置误差。
    3. 基于位置误差（通常通过PID/前馈/PVT等算法），自动生成一个目标速度指令。
    4. 将目标速度指令传递给内部的速度环。
    5. 速度环再如前所述工作，生成目标转矩指令，驱动转矩环。
  • 特点：
    • 位置环套在速度环之外（最外环），速度环再套转矩环，形成典型的 “三环控制”结构（位置-速度-电流/转矩）。
    • 电机追求最终到达设定位置并稳定在该点，抗负载扰动能力强（静态位置锁定）。
    • 是所有控制模式中精度最高但也是最复杂、响应相对较慢的模式。
• 应用场景：
  • 所有需要精确定位的场合：机器人关节动作、数控机床（CNC）、XYZ平台、分度盘、装配机、3D打印机。
  • 同步控制（多轴联动）：如龙门双驱系统。
  • 轮廓运动控制（如复杂曲线轨迹）。

补充说明：

• 模式切换： 现代高性能伺服驱动器通常允许在不同控制模式间动态切换（如点到点移动用位置模式，触底后转为力矩模式进行柔顺控制）。
• 组合应用：
  • “位置速度模式”：当外部运动控制器发出位置指令时，驱动器内部实现完整的三环控制。
  • “速度转矩模式”：当外部控制器发送速度指令时，驱动器内部完成速度环和转矩环控制。
  • 轮廓控制 (Profile Mode)： 通过设定位置-时间曲线（如S型加减速），可实现平滑定位。
  • 全闭环控制： 在位置控制中，如果反馈信号来自外部光栅尺（非电机侧编码器），可进一步提升精度。
• 核心本质： 不论哪种模式，最内层都是转矩环（电流环），它提供了对电机输出的直接、高速的力控制，是另两种控制得以实现的基础。

总结来说，伺服电机的控制方式根据核心指令目标的不同可分为转矩、速度、位置三环，它们嵌套工作，从内到外依次是转矩环 → 速度环 → 位置环，共同实现电机的精密驱动与控制。选择哪种模式取决于具体应用场景对力矩、速度或位置精度的优先级需求。

在选择伺服控制模式时，需考量工艺要求：

• 需要恒定力输出 → 选择转矩控制
• 要求转速恒定 → 选用速度控制
• 需精确定位 → 必须采用位置控制
  多数复杂应用（如数控雕刻、多轴机器人）会以位置控制为主轴，在特定环节动态切换到其他模式实现柔性作业。理解这种嵌套控制架构对优化系统响应至关重要。