现代科学技术的重要特征之一是多学科互相渗透，产生出一系列的边缘学科和综合技术，机电一体化就是这样的综合技术。机电一体化产品把精密机械、微电子技术、信息技术、计算机技术、电力电子技术、传感技术等相关学科和技术有机地融合在一起。通常把规模大而复杂的机电一体化产品称为机电一体化系统，如柔性制造系统（FMS）、计算机集成制系统（CIMS）等。把规模小并相对独立的如现代数控机床、工业机器人等称为机电一体化产品。典型的机电一体化产品由五个部分组成，即传感器、信息处理器、驱动器、能源及机构，如图6-69所示。20世纪70年代以来，原来由机电装置处理信息，改变为全部由计算机来处理，大大地提高了机器的精度和柔性。
图6-69 机电一体化产品的组成
机电一体化产品中最常用的驱动器是电气伺服驱动装置，它的性能好坏对机电一体化产品有重大影响。电气伺服驱动装置的主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调节等处理。所以，不但需要微电子技术，而且必须采用电力电子器件和伺服电动机。它使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制变得非常灵活方便，增加了机械加工的自由度。由此可见，伺服驱动（或伺服系统）是机电一体化产品的共性技术之一。忠实地跟随控制命令而动作是对伺服系统的最基本要求，对数控机床的性能有重要影响。因此，研究伺服系统是发展机电一体化产品的重要课题。
电气伺服驱动装置本身就是一台特殊设计的变频器，根据不同的要求，它可以向三相异步电动机、永磁式同步电动机或直流无刷电动机提供变频电源。这种专用变频器与通用变频器的不同之处仅仅是对动态与静态的要求更高。
2.数控机床和伺服驱动技术
自从1952年世界上第一台三坐标数控铣床问世以来，数控机床的发展已有40多年历史，这期间数控技术发生了巨大的变化。数控系统已由以电子管、晶体管为基础的硬件数控技术发展到目前以微处理器为基础的软件数控系统。其中数控机床的伺服驱动系统也得到相应的发展，从功率步进电动机驱动发展为高性能交、直流伺服电动机驱动，特别是高性能交流（电机）伺服系统代表了当前伺服系统的发展方向。
数控机床控制系统的构成如图6-70所示。数控机床的控制与工业机器人控制很相似，这里仅以数控机床为例阐述伺服系统的组成。由图6-70可见，该系统由计算机数控系统（CNC）、伺服系统（SD）、伺服电动机（SM）和速度（位置）传感器（S）组成。
图6-70 数控机床控制系统的构成
CNC的功能是存储加工程序进行插补运算和实时控制，SD和SM接收到CNC的指令后能快速变频改变运动速度和方向并能精确定位。S是传感器用以检测机床进给装置的实际速度和位置。作为数控机床进给用的伺服系统应满足以下要求：
1）有足够宽的调速范围，通常要达到10000：1才能满足极低速加工和高速返回的要求。
2）有足够的加（减）速力矩。
3）伺服系统应具有高速的动态响应，使系统动态跟随性能良好。
4）伺服电动机的外形一般做成细长形是为了减小其转动惯量，以提高伺服系统的快速性。
5）在整个变频调速范围内，电动机运行应平稳，转矩脉动和噪声也应尽可能小，在停止时不产生爬行和振动。
6）伺服电动机应重量轻、体积小、结构坚固无需维护。(www.xing528.com)
7）上位计算机与CNC系统的接口简便、通用。
3.交流（AC）伺服电动机与直流（DC）伺服电动机的比较
从20世纪70年代起DC伺服系统已实用化。70年代末期，随着微处理技术、大功率电力电子技术的成熟，电动机永磁材料的发展和成本降低，AC伺服电动机及其控制装置所组成的AC伺服系统也实用化。由于AC伺服系统具有明显的优越性，目前已成为工厂自动化（FA）的基础技术之一，并将逐步取代DC伺服系统。
在DC伺服系统中，按使用电动机的不同，又分为同步和异步型AC伺服系统两类，直流无刷电动机由于其电动机本体是永磁式同步电动机，故也归类为AC伺服系统。
AC和DC伺服电动机的主要性能比较见表6-41。
表6-41 AC和DC伺服电动机的主要性能比较
DC伺服系统具有优良的控制性能，在20世纪70年代曾获得广泛的应用。但由于DC伺服电动机存在机械换向器，运行中的火花使应用环境受到限制，且转子发热影响与其连接的丝杆精度，故革除机械换向器、保留DC电动机的优良控制性能是人们长期以来一直追求的目标。
AC伺服电动机分为笼型异步伺服电动机和永磁同步伺服电动机两大类，它们与变频器结合构成异步型和同步型AC伺服系统。
AC伺服系统的控制方法是采用矢量控制，由于矢量控制变换的运算复杂，电动机低速（1Hz左右）运行特性不良，容易发热。因此在数千瓦功率、转速为1r/min以下的进给伺服系统中，多采用同步型AC伺服系统。
就永磁AC伺服电动机的控制来分类又可分为方波电流控制型和正弦波电流控制型AC伺服系统。前者实际上是无刷直流电动机AC伺服系统（简称BDCM），后者是永磁同步电动机AC伺服系统（简称PMSM）。
AC伺服系统的发展趋势可表现为：
1）以硬件模拟电路为主，转向采用数宇电路、数宇信号处理器的全数宇化软件伺服技术，从而增强了AC伺服系统的柔性，提供丰富的自诊断、保护、显示功能。
2）由于AC伺服系统采用计算机控制，控制策略由原来的PID控制规律转向应用人工智能控制。
3）AC伺服系统的电力电子器件向高频化、智能化方向发展，逆变器小型无噪声化。
4）AC伺服系统中所用的位置与速度传感器，其电子信号处理部分将以微处理器为核心构成独立的微机系统，成为AC伺服系统的关键组成部分，其光电编码器的分辨率大幅度提高，每一转输出的脉冲数由数千增至数十万。
5）AC伺服系统向两大方向发展：一是简易、低成本系统用于简易数控、办公室自动化设备、计算机外围设备以及家用电器等对性能要求不高的运动控制；另一方面是向更高性能的全数宇化、智能化发展的系统，以满足高精度数控机床、机器人精确进给的需要。
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