伺服電機解析，什么是伺服系統？伺服電機的使用與注意事項

　　伺服可作為交流或直流電動(dòng)機。早期一般伺服直流電動(dòng)機，因為只有類(lèi)型的控制大電流是通過(guò)序列多年。隨著(zhù)晶體管成為能夠控制大電流和開(kāi)關(guān)的大電流在更高的頻率，交流伺服電機成為更經(jīng)常地使用。早期伺服是專(zhuān)為伺服放大器。今天，一類(lèi)是電機設計的應用，籌措，可能使用伺服放大器或變頻控制器，這意味著(zhù)電動(dòng)機可用于伺服系統在一個(gè)應用程序，并使用變頻驅動(dòng)器在另一應用程序。有些公司還要求任何閉環(huán)系統，不使用步進(jìn)電機伺服系統，所以它是可能的一個(gè)簡(jiǎn)單的交流感應電機是連接到一個(gè)速度控制器，被稱(chēng)為伺服電機。

　　伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發(fā)動(dòng)機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動(dòng)控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動(dòng)控制系統中，用作執行元件，且具有機電時(shí)間常數小、線(xiàn)性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動(dòng)機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機兩大類(lèi)，其主要特點(diǎn)是，當信號電壓為零時(shí)無(wú)自轉現象，轉速隨著(zhù)轉矩的增加而勻速下降。

　　準確講，伺服電機是一種數字化控制的電機，能夠將電能轉換為機械能，用于定位控制。其位移是通過(guò)脈沖信號數量控制的，轉速是通過(guò)脈沖頻率控制的。伺服電機屬于閉環(huán)控制的電機，必須采集電機旋轉軸的編碼器信號，才能夠實(shí)現控制。與此相反的，是步進(jìn)電機，這種電機能夠實(shí)現開(kāi)環(huán)控制。通常伺服電機，不是說(shuō)“容量”，而是說(shuō)功率。其功率能夠做的很小，也可以做得非常大，甚至幾十或者幾百千瓦。

　　什么是伺服系統

　　伺服驅動(dòng)系統（Servo System）簡(jiǎn)稱(chēng)伺服系統，是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動(dòng)控制系統，例如數控車(chē)床等。使用在伺服系統中的驅動(dòng)電機要求具有響應速度快、定位準確、轉動(dòng)慣量（使用在電機系統中的伺服電機轉動(dòng)慣量較大，為了能夠和絲杠等機械部件直接相連。伺服電機有一種專(zhuān)門(mén)的小慣量電機，為了得到極高的響應速度。但這類(lèi)電機的過(guò)載能力低，當使用在進(jìn)給伺服系統中時(shí)，必須加減速裝置。轉動(dòng)慣量反映了系統的加速度特性，在選擇伺服電機時(shí)，系統的轉動(dòng)慣量不能大于電機轉數慣量的3倍）較大等特點(diǎn)，這類(lèi)專(zhuān)用的電機稱(chēng)為伺服電機。當然，其基本工作原理和普通的交直流電動(dòng)機沒(méi)有什么不同。該類(lèi)電機的專(zhuān)用驅動(dòng)單元稱(chēng)為伺服驅動(dòng)單元，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為伺服，一般其內部包括電流、速度/或位置閉環(huán)。

　　伺服系統：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（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統。伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對功率進(jìn)行放大、變換與調控等處理，使驅動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。 伺服電機工作原理：伺服電機又稱(chēng)執行電動(dòng)機，在自動(dòng)控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動(dòng)機軸上的角位移或角速度輸出。其主要特點(diǎn)是，當信號電壓為零時(shí)無(wú)自轉現象，轉速隨著(zhù)轉矩的增加而勻速下降。

　　伺服電機是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統，減速齒輪組由電機驅動(dòng)，其終端（輸出端）帶動(dòng)一個(gè)線(xiàn)性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉角坐標轉換為一比例電壓反饋給控制線(xiàn)路板，控制線(xiàn)路板將其與輸入的控制脈沖信號比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅動(dòng)電機正向或反向地轉動(dòng)，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于為0，從而達到使伺服電機精確定位的目的。伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉子在此磁場(chǎng)的作用下轉動(dòng)，同時(shí)電機自帶的編碼器反饋信號給驅動(dòng)器，驅動(dòng)器根據反饋值與目標值進(jìn)行比較，調整轉子轉動(dòng)的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線(xiàn)數）。

　　交流伺服電動(dòng)機定子的構造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機相似。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機又稱(chēng)兩個(gè)伺服電動(dòng)機。

　　交流伺服電動(dòng)機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機具有較寬的調速范圍、線(xiàn)性的機械特性，無(wú)“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動(dòng)機相比，應具有轉子電阻大和轉動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動(dòng)慣量，轉子做得細長(cháng)；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子?？招谋无D子的轉動(dòng)慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩，因此被廣泛采用。

　　交流伺服電動(dòng)機在沒(méi)有控制電壓時(shí)，定子內只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉子靜止不動(dòng)。當有控制電壓時(shí)，定子內便產(chǎn)生一個(gè)旋轉磁場(chǎng)，轉子沿旋轉磁場(chǎng)的方向旋轉，在負載恒定的情況下，電動(dòng)機的轉速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機將反轉。

　　伺服電機的使用方法

　　交流伺服電機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電機具有較寬的調速范圍、線(xiàn)性的機械特性，無(wú)“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動(dòng)機相比，應具有轉子電阻大和轉動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。

　　目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動(dòng)慣量，轉子做得細長(cháng)；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子?？招谋无D子的轉動(dòng)慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩，因此被廣泛采用。

　　1、接線(xiàn)

　　將控制卡斷電，連接控制卡與伺服之間的信號線(xiàn)。以下的線(xiàn)是必須要接的：控制卡的模擬量輸出線(xiàn)、使能信號線(xiàn)、伺服輸出的編碼器信號線(xiàn)。復查接線(xiàn)沒(méi)有錯誤后，電機和控制卡（以及PC）上電。此時(shí)電機應該不動(dòng)，而且可以用外力輕松轉動(dòng)，如果不是這樣，檢查使能信號的設置與接線(xiàn)。用外力轉動(dòng)電機，檢查控制卡是否可以正確檢測到電機位置的變化，否則檢查編碼器信號的接線(xiàn)和設置。

　　2、試方向

　　對于一個(gè)閉環(huán)控制系統，如果反饋信號的方向不正確，后果肯定是災難性的。通過(guò)控制卡打開(kāi)伺服的使能信號。這是伺服應該以一個(gè)較低的速度轉動(dòng)，這就是傳說(shuō)中的“零漂”。一般控制卡上都會(huì )有抑制零漂的指令或參數。使用這個(gè)指令或參數，看電機的轉速和方向是否可以通過(guò)這個(gè)指令（參數）控制。如果不能控制，檢查模擬量接線(xiàn)及控制方式的參數設置。確認給出正數，電機正轉，編碼器計數增加；給出負數，電機反轉轉，編碼器計數減小。如果電機帶有負載，行程有限，不要采用這種方式。測試不要給過(guò)大的電壓，建議在1V以下。如果方向不一致，可以修改控制卡或電機上的參數，使其一致。

　　3、抑制零漂

　　在閉環(huán)控制過(guò)程中，零漂的存在會(huì )對控制效果有一定的影響，最好將其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參數，仔細調整，使電機的轉速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機性，所以，不必要求電機轉速絕對為零。

　　伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個(gè)角度，都會(huì )發(fā)出對應數量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來(lái)，系統就會(huì )知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動(dòng)，從而實(shí)現精確的定位，可以達到0.001mm。

　　直流伺服電機分為有刷和無(wú)刷電機。有刷電機成本低，結構簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（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(chǎng)合。

　　伺服電機使用注意事項

　　伺服電機的應用越來(lái)越廣泛，雖然質(zhì)量越來(lái)越好，但如果日常使用中不注意維護與保養，再好的產(chǎn)品也經(jīng)不起折騰。下面我們簡(jiǎn)單總結一下伺服電機的使用注意事項：

　　1、伺服電機維護與保養

　?。?）伺服電機雖然擁有很高的防護等級，可以用在多塵、潮濕或油滴侵襲的場(chǎng)所，但并不意味著(zhù)你就能把它浸在水里工作，應盡量將其置于相對干凈的環(huán)境中。

　?。?）如果伺服電機連接到一個(gè)減速齒輪，使用伺服電機時(shí)應當加油封，以防止減速齒輪的油進(jìn)入伺服電機。

　?。?）定期檢查伺服電機，確保外部沒(méi)有致命的損傷;

　?。?）定期檢查伺服電機的固定部件，確保連接牢固;

　?。?）定期檢查伺服電機輸出軸，確保旋轉流暢;

　?。?）定期檢查伺服電機的編碼器連接線(xiàn)以及伺服電機的電源連接器，確認其連接牢固;

　?。?）定期檢查伺服電機的散熱風(fēng)扇是否轉動(dòng)正常;

　?。?）及時(shí)清理伺服電機上面的灰塵、油污，確保伺服電機處于正常狀態(tài);

　　2、保護伺服電機電纜

　?。?）確保電纜不因外部彎曲力或自身重量而受到力矩或垂直負荷，尤其是在電纜出口處或連接處。

　?。?）在伺服電機移動(dòng)的情況下，應把電纜牢固地固定到一個(gè)靜止的部分（相對電機），并且應當用一個(gè)裝在電纜支座里的附加電纜來(lái)延長(cháng)它，這樣彎曲應力可以減到最小。

　?。?）電纜的彎頭半徑做到盡可能大。

　?。?）伺服電機的電纜不要浸沒(méi)在油或水中。

　　3、確定伺服電機允許的軸端負載

　?。?）確保在安裝和運轉時(shí)加到伺服電機軸上的徑向和軸向負載控制在每種型號的規定值以?xún)取?/p>

　?。?）在安裝一個(gè)剛性聯(lián)軸器時(shí)要格外小心，特別是過(guò)度的彎曲負載可能導致軸端和軸承的損壞或磨損

　?。?）最好用柔性聯(lián)軸器，以便使徑向負載低于允許值，此物是專(zhuān)為高機械強度的伺服電機設計的。

　?。?）關(guān)于允許軸負載，請參閱使用說(shuō)明書(shū)。

　　4、伺服電機安裝注意事項

　?。?）在安裝/拆卸耦合部件到伺服電機軸端時(shí)，不要用錘子直接敲打軸端。（如果錘子直接敲打軸端，會(huì )造成伺服電機軸另一端的編碼器要被敲壞）

　?。?）竭力使軸端對齊到最佳狀態(tài)（否則可能導致振動(dòng)或軸承損壞）。