伺服電機解析，什么是伺服系統(tǒng)？伺服電機的使用與注意事項

　　伺服可作為交流或直流電動機。早期一般伺服直流電動機，因為只有類型的控制大電流是通過序列多年。隨著晶體管成為能夠控制大電流和開關(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。早期伺服是專為伺服放大器。今天，一類是電機設(shè)計的應(yīng)用，籌措，可能使用伺服放大器或變頻控制器，這意味著電動機可用于伺服系統(tǒng)在一個應(yīng)用程序，并使用變頻驅(qū)動器在另一應(yīng)用程序。有些公司還要求任何閉環(huán)系統(tǒng)，不使用步進電機伺服系統(tǒng)，所以它是可能的一個簡單的交流感應(yīng)電機是連接到一個速度控制器，被稱為伺服電機。

　　伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，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(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

　　準確講，伺服電機是一種數(shù)字化控制的電機，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為機械能，用于定位控制。其位移是通過脈沖信號數(shù)量控制的，轉(zhuǎn)速是通過脈沖頻率控制的。伺服電機屬于閉環(huán)控制的電機，必須采集電機旋轉(zhuǎn)軸的編碼器信號，才能夠?qū)崿F(xiàn)控制。與此相反的，是步進電機，這種電機能夠?qū)崿F(xiàn)開環(huán)控制。通常伺服電機，不是說“容量”，而是說功率。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(tǒng)

　　伺服驅(qū)動系統(tǒng)（Servo System）簡稱伺服系統(tǒng)，是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，例如數(shù)控車床等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動電機要求具有響應(yīng)速度快、定位準確、轉(zhuǎn)動慣量（使用在電機系統(tǒng)中的伺服電機轉(zhuǎn)動慣量較大，為了能夠和絲杠等機械部件直接相連。伺服電機有一種專門的小慣量電機，為了得到極高的響應(yīng)速度。但這類電機的過載能力低，當(dāng)使用在進給伺服系統(tǒng)中時，必須加減速裝置。轉(zhuǎn)動慣量反映了系統(tǒng)的加速度特性，在選擇伺服電機時，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量不能大于電機轉(zhuǎn)數(shù)慣量的3倍）較大等特點，這類專用的電機稱為伺服電機。當(dāng)然，其基本工作原理和普通的交直流電動機沒有什么不同。該類電機的專用驅(qū)動單元稱為伺服驅(qū)動單元，有時簡稱為伺服，一般其內(nèi)部包括電流、速度/或位置閉環(huán)。

　　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（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。 伺服電機工作原理：伺服電機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

　　伺服電機是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，減速齒輪組由電機驅(qū)動，其終端（輸出端）帶動一個線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線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(qū)動電機正向或反向地轉(zhuǎn)動，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(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

　　交流伺服電動機定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機相似。其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。

　　交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動機相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子?？招谋无D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。

　　交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動。當(dāng)有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負載恒定的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉(zhuǎn)。

　　伺服電機的使用方法

　　交流伺服電機的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動機相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點。

　　目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子?？招谋无D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。

　　1、接線

　　將控制卡斷電，連接控制卡與伺服之間的信號線。以下的線是必須要接的：控制卡的模擬量輸出線、使能信號線、伺服輸出的編碼器信號線。復(fù)查接線沒有錯誤后，電機和控制卡（以及PC）上電。此時電機應(yīng)該不動，而且可以用外力輕松轉(zhuǎn)動，如果不是這樣，檢查使能信號的設(shè)置與接線。用外力轉(zhuǎn)動電機，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和設(shè)置。

　　2、試方向

　　對于一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果反饋信號的方向不正確，后果肯定是災(zāi)難性的。通過控制卡打開伺服的使能信號。這是伺服應(yīng)該以一個較低的速度轉(zhuǎn)動，這就是傳說中的“零漂”。一般控制卡上都會有抑制零漂的指令或參數(shù)。使用這個指令或參數(shù)，看電機的轉(zhuǎn)速和方向是否可以通過這個指令（參數(shù)）控制。如果不能控制，檢查模擬量接線及控制方式的參數(shù)設(shè)置。確認給出正數(shù)，電機正轉(zhuǎn)，編碼器計數(shù)增加；給出負數(shù)，電機反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，編碼器計數(shù)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(shù)，使其一致。

　　3、抑制零漂

　　在閉環(huán)控制過程中，零漂的存在會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(shù)，仔細調(diào)整，使電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。

　　直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)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)和民用場合。

　　伺服電機使用注意事項

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

　　1、伺服電機維護與保養(yǎng)

　　（1）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所，但并不意味著你就能把它浸在水里工作，應(yīng)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減速齒輪，使用伺服電機時應(yīng)當(dāng)加油封，以防止減速齒輪的油進入伺服電機。

　?。?）定期檢查伺服電機，確保外部沒有致命的損傷;

　?。?）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(zhuǎn)流暢;

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

　　（7）定期檢查伺服電機的散熱風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動正常;

　?。?）及時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。

　　（2）在伺服電機移動的情況下，應(yīng)把電纜牢固地固定到一個靜止的部分（相對電機），并且應(yīng)當(dāng)用一個裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應(yīng)力可以減到最小。

　?。?）電纜的彎頭半徑做到盡可能大。

　　（4）伺服電機的電纜不要浸沒在油或水中。

　　3、確定伺服電機允許的軸端負載

　?。?）確保在安裝和運轉(zhuǎn)時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(guī)定值以內(nèi)。

　　（2）在安裝一個剛性聯(lián)軸器時要格外小心，特別是過度的彎曲負載可能導(dǎo)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，此物是專為高機械強度的伺服電機設(shè)計的。

　?。?）關(guān)于允許軸負載，請參閱使用說明書。

　　4、伺服電機安裝注意事項

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

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