正如我們反復提到過(guò)的，伺服是一種為機電設備所需的運動(dòng)操作提供控制的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，因此，伺服系統的設計選型，其實(shí)就是給設備的機電運動(dòng)控制系統選擇合適的動(dòng)力和控制組件的過(guò)程，它所涉及到的產(chǎn)品主要包括：
用于對系統中各軸運動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行控制的自動(dòng)化控制器；
將電壓、頻率固定的交流或直流電轉換為伺服電機所需的受控動(dòng)力電源的伺服驅動(dòng)器；
把驅動(dòng)器輸出的交變電源轉換為機械能的伺服電機；
將機械動(dòng)能傳遞到最終負載的機械傳動(dòng)機構；
…
考慮到市面上工業(yè)類(lèi)伺服產(chǎn)品的門(mén)派系列有很多，在進(jìn)入到具體的產(chǎn)品選型之前，我們首先還是有必要根據已經(jīng)了解到的設備運動(dòng)控制應用的基本需求，對包括控制器、驅動(dòng)器、電機和減速機…等在內的伺服產(chǎn)品進(jìn)行比較初步的篩選。
這種篩選，一方面是基于設備的行業(yè)屬性、應用習慣和功能特點(diǎn)從眾多品牌中找出一些潛在可用的產(chǎn)品系列及方案組合。比如：風(fēng)電變槳應用中的伺服主要是槳葉角度的位置控制，但其所使用的產(chǎn)品卻需能適應嚴苛惡劣的工作環(huán)境；印刷設備中的伺服應用以多軸之間的相位同步控制為主，同時(shí)會(huì )比較傾向于使用具備高精度套準功能的運動(dòng)控制系統；輪胎設備更注重多種混合運動(dòng)控制與通用自動(dòng)化系統的綜合應用；塑機設備則會(huì )要求系統為產(chǎn)品加工過(guò)程中的扭矩和位置控制提供專(zhuān)門(mén)的功能選項和參數算法…。
另一方面，則是從設備定位的角度出發(fā)，根據設備的性能級別與經(jīng)濟性要求，在各品牌中選擇相應檔位的產(chǎn)品系列。比如：如果對設備性能沒(méi)有太高的要求，同時(shí)又希望能節省預算，則可選用經(jīng)濟款產(chǎn)品；反之，如果對設備運行在精度、速度、動(dòng)態(tài)響應…等方面的性能要求較高，那么自然是有必要為之增加預算投入的。
此外，還需要兼顧包括溫濕度、粉塵、防護等級、散熱條件、用電標準、安全級別以及與現有產(chǎn)線(xiàn)/系統的兼容性…等方面的應用環(huán)境因素。
可見(jiàn)，對運動(dòng)控制產(chǎn)品的初選很大程度還是以各品牌系列在行業(yè)內的業(yè)績(jì)表現為基礎的，同時(shí)，應用需求的迭代升級、新品牌、新產(chǎn)品的入局，也會(huì )對其產(chǎn)生一定影響。因此，要做好運動(dòng)控制系統的設計選型，日常的行業(yè)技術(shù)信息儲備還是十分有必要的。
在對可用的品牌系列進(jìn)行初步篩選后，我們就可以針對它們進(jìn)一步展開(kāi)運動(dòng)控制系統的設計選型工作了。
此時(shí)，需要根據設備中的運動(dòng)軸數和功能動(dòng)作的復雜程度，確定系統的控制平臺和整體架構。一般來(lái)說(shuō)，軸數決定了系統規模的大小，軸數越多，對于控制器容量的要求也就是越高，同時(shí)也越是有必要在系統中使用總線(xiàn)技術(shù)，以簡(jiǎn)化和減少控制器與驅動(dòng)器之間線(xiàn)路連接的數量。而運動(dòng)功能的復雜程度，則會(huì )影響控制器性能等級和總線(xiàn)類(lèi)型的選擇。簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)性要求不高的速度和位置控制只需要使用普通的自動(dòng)化控制器和現場(chǎng)總線(xiàn)；多軸之間的高性能實(shí)時(shí)同步（如電子齒輪和電子凸輪），則要求控制器和現場(chǎng)總線(xiàn)都具備高精度的時(shí)鐘同步功能，也就是需要使用能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)運動(dòng)控制的控制器和工業(yè)總線(xiàn)；而如果設備需要完成多軸之間的平面或空間插補甚至集成機器人控制，那么對于控制器性能等級的要求就更高了。
基于上述原則，我們基本上已經(jīng)能夠從前面初選出來(lái)產(chǎn)品中選出可用的控制器，并將它們落實(shí)到比較具體的型號了；再依據現場(chǎng)總線(xiàn)的兼容性，便可從中挑選出可與之匹配的驅動(dòng)器及對應的伺服電機的選項，但這還只是停留在產(chǎn)品系列的階段。接下來(lái)，我們就需要根據系統的動(dòng)力需求來(lái)進(jìn)一步確定驅動(dòng)器和電機的具體型號了。
按照應用需求中各軸的負載慣量和運動(dòng)曲線(xiàn)，通過(guò)簡(jiǎn)單的物理學(xué)公式 F = m · a 或者 T = J · α，不難計算出它們在運動(dòng)周期中各時(shí)間點(diǎn)的扭矩需求。我們可以將各運動(dòng)軸在負載端的扭矩和速度需求按照預設的傳動(dòng)比折算到電機側，并在此基礎上加以適當的裕量，逐一推算出驅動(dòng)器和電機的型號，快速擬定系統草案，以便在之后進(jìn)入大量細致繁瑣的選型工作前預先對備選產(chǎn)品系列進(jìn)行性?xún)r(jià)比的評估，從而縮減備選方案的數量。
不過(guò)，我們并不能將這個(gè)由負載扭矩、轉速需求和預設傳動(dòng)比預估出來(lái)的配置作為動(dòng)力系統的最終方案。因為，電機的扭矩和速度需求是會(huì )受到動(dòng)力系統的機械傳動(dòng)方式及其速比關(guān)系的影響的；同時(shí)，電機自身慣量對于傳動(dòng)系統來(lái)說(shuō)也是負載的一部分，電機在設備運行過(guò)程中所驅動(dòng)的是包括負載、傳動(dòng)機構和自身慣量在內的整個(gè)傳動(dòng)系統。
從這個(gè)意義上說(shuō)，伺服動(dòng)力系統的選型，并非僅僅是根據各運動(dòng)軸的扭矩和轉速…等傳動(dòng)參數的計算去選取電機和驅動(dòng)器（充其量可稱(chēng)作估算吧），而是要為系統中的每個(gè)運動(dòng)軸匹配合適的動(dòng)力裝置。原則上它其實(shí)是基于負載的質(zhì)量/慣量、運行曲線(xiàn)、以及可能的機械傳動(dòng)模型，將各款備選電機的慣量值與驅動(dòng)參數（矩頻特性）代入其中，比較其扭矩（或力）與速度在特性曲線(xiàn)中的占用情況，找到最優(yōu)組合的過(guò)程。大體來(lái)說(shuō)，需要經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟階段：
基于各種傳動(dòng)方式選項，將負載與各機械傳動(dòng)組件的速度曲線(xiàn)和慣量映射到電機側；
將各備選電機的慣量與映射到電機側的負載與傳動(dòng)機構的慣量疊加，結合電機側速度曲線(xiàn)得出扭矩需求曲線(xiàn)；
比較各種情況下的電機速度扭矩曲線(xiàn)的占比和慣量匹配情況，找到驅動(dòng)器、電機、傳動(dòng)方式和速比的最優(yōu)組合
早前“選型的姿勢”一文所描述的其實(shí)就是這樣一個(gè)動(dòng)力系統匹配的流程。
由于上面這幾個(gè)階段的工作是需要針對系統中的每個(gè)軸展開(kāi)的，因此，伺服產(chǎn)品的動(dòng)力選型工作量其實(shí)是非常巨大的，運動(dòng)控制系統設計的絕大部分時(shí)間通常都會(huì )消耗在此處。前面提到要通過(guò)扭矩需求預估型號，以減少備選方案數量，其意義也就在于此。
而在完成這部分工作之后，我們還應根據需要確定驅動(dòng)器和電機的一些重要的輔助選項才能最終確定它們的型號，這些輔助選項包括：
如果選用了共直流母線(xiàn)型驅動(dòng)，需根據柜體分布情況確定整流單元、濾波器、電抗器和直流母線(xiàn)連接組件（如：母線(xiàn)背板）的型號；
根據需要為某個(gè)（些）軸或整個(gè)驅動(dòng)系統配備制動(dòng)電阻或再生制動(dòng)單元；
旋轉電機的輸出軸是鍵槽還是光軸，是否帶抱閘；
直線(xiàn)電機需根據行程長(cháng)度確定定子模塊的數量；
伺服反饋協(xié)議及分辨率，增量還是絕對，單圈還是多圈；
…
至此，我們就已經(jīng)將各備選品牌系列在運動(dòng)控制系統中從控制器到各運動(dòng)軸伺服驅動(dòng)器、電機的型號乃至相關(guān)機械傳動(dòng)機構的關(guān)鍵參數都確定下來(lái)了。
最后，我們還需要為運動(dòng)控制系統選定一些必要的功能組件，例如：
幫助某個(gè)（些）軸或整個(gè)系統與其他非伺服運動(dòng)組件進(jìn)行同步的輔助（主軸）編碼器；
用于實(shí)現高速凸輪輸入或輸出的高速 I/O 模塊；
各類(lèi)電氣連接線(xiàn)纜，包括：伺服電機動(dòng)力電纜、反饋和抱閘電纜、驅動(dòng)器與控制器之間的總線(xiàn)通訊電纜...；
…
這樣，整個(gè)設備伺服運動(dòng)控制系統的選型工作就基本完成了。
總的來(lái)說(shuō)，設備自動(dòng)化系統中的伺服產(chǎn)品的選型還是一個(gè)比較繁瑣復雜的過(guò)程。尤其是隨著(zhù)目前制造業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提升，運動(dòng)控制技術(shù)在制造業(yè)的應用日趨普及，產(chǎn)線(xiàn)設備中的伺服產(chǎn)品越來(lái)愈多，且各項要求也越來(lái)越高，這些都讓設備運動(dòng)控制系統的選型變得更具挑戰。在這種情況下，引入相應的伺服選型工具就顯得十分必要了。當然，這就是另外一個(gè)話(huà)題了。
咱們后面慢慢聊...