伺服電機(jī)的原理介紹

伺服電機(jī)(servo motor )是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可以控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。伺服系統(tǒng)(servo mechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)椋欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。

有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便(換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。無刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。

伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、橡膠機(jī)械、紡織、印刷機(jī)械、塑膠機(jī)械、塑料機(jī)械、PCB設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備以及各種自動(dòng)化設(shè)備。

伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高等特性，伺服電機(jī)可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。

伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化而變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服電機(jī)的工作原理是伺服主要靠脈沖來定位，當(dāng)伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移。伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。

每種類型的伺服電機(jī)的規(guī)格中都有額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、伺服電機(jī)慣量等參數(shù)。每個(gè)參數(shù)與負(fù)載扭矩和負(fù)載慣性之間必須有相關(guān)性。伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩必須滿足機(jī)構(gòu)的加速度和重量等負(fù)荷機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件的要求。 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件(水平和垂直旋轉(zhuǎn))與伺服電機(jī)的輸出沒有直接關(guān)系，但一般情況下，伺服電機(jī)的輸出越高，相對輸出扭矩越高。

伺服電機(jī)的選用不僅受機(jī)構(gòu)重量的影響，同時(shí)設(shè)備運(yùn)動(dòng)條件也會(huì)改變伺服電機(jī)的選用。慣性越大，加減速扭矩越大，加減速時(shí)間越短，伺服電機(jī)輸出扭矩越大。選擇伺服電機(jī)規(guī)格時(shí)，請遵循以下步驟。

(1)初始選擇伺服電機(jī)的最高輸出功率扭矩必須大于加速扭矩+負(fù)載扭矩時(shí)，必須選擇其他模型進(jìn)行驗(yàn)證，直到符號滿足要求。

(2)負(fù)載力矩是根據(jù)負(fù)載重量、結(jié)構(gòu)、摩擦系數(shù)和運(yùn)行效率計(jì)算的。

(3)根據(jù)運(yùn)行條件的要求，選擇適當(dāng)?shù)呢?fù)荷慣性量修正公式，計(jì)算機(jī)構(gòu)的負(fù)荷慣性量。

(4)根據(jù)負(fù)載慣量和伺服電機(jī)慣量，選擇合適的假選定伺服電機(jī)規(guī)格。

(5)根據(jù)負(fù)載扭矩、加速扭矩、減速扭矩和保持扭矩計(jì)算連續(xù)瞬時(shí)扭矩。

(6)定義了載荷機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件，即加減速速度、運(yùn)動(dòng)速度、機(jī)構(gòu)重量、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)等。

(7)結(jié)合主伺服電機(jī)的慣性和負(fù)載慣性，計(jì)算了加速扭矩和減速扭矩。

伺服電機(jī)工作原理：

當(dāng)伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，將旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，當(dāng)伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，將發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，將和伺服電機(jī)接收到的脈沖形成閉環(huán)，自動(dòng)控制系統(tǒng)將知道已發(fā)多少脈沖到伺服電機(jī)，并接收到多少脈沖匯給自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)蔣精確地控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位。

直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)，有刷電機(jī)成本低、結(jié)構(gòu)簡單、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，但易產(chǎn)生電磁干擾;無刷電機(jī)體積小、響應(yīng)快、力矩穩(wěn)定，但控制方法復(fù)雜。

交流伺服電機(jī)分為同步和異步電機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制中通常使用同步電機(jī)，同步電機(jī)功率范圍大，適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。

伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。

伺服電機(jī)的調(diào)試方法如下：

1.初始化參數(shù)

2.接線

3.試方向

4.抑制零漂

5.建立閉環(huán)控制

6.調(diào)整閉環(huán)參數(shù)

使用伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：

1.精度：實(shí)現(xiàn)位置、速度和力矩的閉環(huán)控制

2.轉(zhuǎn)速：高速性能好

3.適應(yīng)性：抗過載能力強(qiáng)