伺服電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
伺服電機(jī)通常用作步進(jìn)電機(jī)的高性能替代產(chǎn)品。步進(jìn)電機(jī)具有內(nèi)置的輸出步長，因此具有控制位置的固有能力。這通常使它們無需任何反饋編碼器即可用作開環(huán)位置控制，因?yàn)樗鼈兊尿?qū)動(dòng)信號(hào) 了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的步數(shù)，但是為此，控制器需要“知道”步進(jìn)電機(jī)的位置開機(jī)。因此，在xxx次加電時(shí)，控制器將必須啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)并將其旋轉(zhuǎn)到已知位置，例如直到啟動(dòng)終端限位開關(guān)為止。在打開噴墨打印機(jī)時(shí)可以觀察到這一點(diǎn); 控制器會(huì)將噴墨打印機(jī)的托架向左和向右移動(dòng)，以建立最終位置。無論通電時(shí)的初始位置如何，伺服電動(dòng)機(jī)都將立即旋轉(zhuǎn)至控制器指示的任何角度。
步進(jìn)電機(jī)缺乏反饋會(huì)限制其性能，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)只能驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力范圍內(nèi)的負(fù)載，否則負(fù)載下的失步可能會(huì)導(dǎo)致定位錯(cuò)誤，并且系統(tǒng)可能必須重新啟動(dòng)或重新校準(zhǔn)。伺服電機(jī)的編碼器和控制器是額外的成本，但相對于基本電機(jī)的容量，它們可以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能（在速度、功率和精度方面均達(dá)到 ）。在大型系統(tǒng)中，強(qiáng)勁的電機(jī)占系統(tǒng)成本的比例越來越大，伺服電機(jī)具有優(yōu)勢。
近年來，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)越來越流行。他們像伺服電機(jī)，但在他們的軟件控制的一些差異，以獲得平滑的運(yùn)動(dòng)。閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是其成本相對較低。也無需在閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)上調(diào)整PID控制器。
諸如激光切割機(jī)之類的許多應(yīng)用可以提供兩個(gè)范圍，一個(gè)是步進(jìn)電機(jī)的低價(jià)范圍，另一個(gè)是使用伺服電機(jī)的高性能范圍。
編碼器
開發(fā)了xxx批以同步器為編碼器的伺服電機(jī)。在第二次世界大戰(zhàn)期間，這些系統(tǒng)在雷達(dá)和高射炮的開發(fā)方面已經(jīng)完成了許多工作。
簡單的伺服電機(jī)可以使用電阻式電位器作為其位置編碼器。這些僅在最簡單和 的水平上使用，并且與步進(jìn)電機(jī)競爭激烈。它們在電位計(jì)軌道中遭受磨損和電噪聲的困擾。盡管可以對其位置信號(hào)進(jìn)行電微分以獲得速度信號(hào)，但是可以利用這種速度信號(hào)的PID控制器通常需要更精確的編碼器。
現(xiàn)代伺服電機(jī)使用旋轉(zhuǎn)編碼器，無論是xxx或增量。xxx編碼器可以在上電時(shí)確定其位置，但更為復(fù)雜和昂貴。增量式編碼器更簡單，更便宜且工作速度更快。增量系統(tǒng)（如步進(jìn)電機(jī)）通常將其固有的測量旋轉(zhuǎn)間隔的能力與簡單的零位傳感器結(jié)合起來，以在啟動(dòng)時(shí)設(shè)置其位置。
有時(shí)使用帶有單獨(dú)的外部線性編碼器的電機(jī)代替伺服電機(jī)。這些電動(dòng)機(jī)+線性編碼器系統(tǒng)避免了電動(dòng)機(jī)和線性滑架之間傳動(dòng)系統(tǒng)的不準(zhǔn)確性，但是由于它們不再是預(yù)先包裝的出廠制造系統(tǒng)，因此其設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。
馬達(dá)
電動(dòng)機(jī)的類型對于伺服電動(dòng)機(jī)并不重要，可以使用不同的類型。由于其簡單性和低成本，最簡單的是使用有刷永磁直流電動(dòng)機(jī)。小型工業(yè)伺服電動(dòng)機(jī)通常是電子換向的無刷電動(dòng)機(jī)。對于大型工業(yè)伺服電動(dòng)機(jī)，通常使用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，通常使用變頻驅(qū)動(dòng)器來控制其速度。為了在緊湊的包裝中實(shí)現(xiàn)出色的性能，使用了具有永磁場的無刷交流電動(dòng)機(jī)，這是大型的無刷直流電動(dòng)機(jī)。
伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)組件。他們的設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)的一個(gè)分支，通?；谌郙OSFET或IGBT H橋。這些標(biāo)準(zhǔn)模塊接受單個(gè)方向和脈沖計(jì)數(shù)（旋轉(zhuǎn)距離）作為輸入。它們還可能包括超溫監(jiān)控，超扭矩和失速檢測功能。由于編碼器的類型，齒輪減速比和整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是特定于應(yīng)用的，因此將整個(gè)控制器作為現(xiàn)成的模塊生產(chǎn)會(huì)更加困難，因此通常將其作為主控制器的一部分來實(shí)現(xiàn)。
控制
大多數(shù)現(xiàn)代伺服電機(jī)都是圍繞同一制造商的專用控制器模塊設(shè)計(jì)和提供的，也可以圍繞微控制器開發(fā)控制器，以降低大批量應(yīng)用的成本。
伺服電機(jī)介紹
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)間接變速的裝置。其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)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。
適用于機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對較高的設(shè)備
伺服電機(jī)使用范圍
直流伺服電機(jī)可應(yīng)用在是火花機(jī)、機(jī)械手、精確的機(jī)器等。可同時(shí)配置2500P/R高分析度的標(biāo)準(zhǔn)編碼器及測速器，更能加配減速箱、令機(jī)械設(shè)備帶來可靠的準(zhǔn)確性及高扭力。 調(diào)速性好，單位重量和體積下，輸出功率**高，大于交流電機(jī)，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過步進(jìn)電機(jī)。多級結(jié)構(gòu)的力矩波動(dòng)小。
伺服電機(jī)常識(shí)
伺服電機(jī)是自動(dòng)控制裝置中用作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的微型電機(jī)，其功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電機(jī)，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，它將接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或角速度輸出在電機(jī)軸上?！八欧姍C(jī)”可以理解為絕對服從控制信號(hào)指令的電機(jī):在控制信號(hào)發(fā)出之前，轉(zhuǎn)子還在；當(dāng)控制信號(hào)發(fā)出時(shí)，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，轉(zhuǎn)子可以立即停止。
伺服電機(jī)的分類
伺服電機(jī)分為交流伺服和DC伺服。
交流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)類似于交流感應(yīng)電機(jī)(異步電機(jī))。在定子上，有兩個(gè)相空間偏移90度的勵(lì)磁繞組Wf和控制繞組WcoWf，它們以恒定的交流電壓連接。通過使用施加在Wc上的交流電壓或相位變化，可以控制電機(jī)。伺服電機(jī)交流具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快、靈敏度高的特點(diǎn)，機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性指標(biāo)嚴(yán)格(分別小于10% ~ 15%和小于15% ~ 25%)。
DC 伺服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):速度控制準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性硬，控制原理簡單，使用方便，價(jià)格低廉。
缺點(diǎn):電刷換向、限速、附加電阻、磨損顆粒(不適合無塵易爆環(huán)境)。
伺服電機(jī) DC電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與普通DC電機(jī)相似。電機(jī)轉(zhuǎn)速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，其中E為電樞反電動(dòng)勢，K為常數(shù)，J為每極磁通量，Ua和Ia為電樞電壓和電樞電流，Ra為電樞電阻。改變Ua或φ可以控制DC伺服電機(jī)的速度。然而，在永磁DC伺服電機(jī)中，勵(lì)磁繞組被永磁體取代。DC伺服電機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性和快速的時(shí)間響應(yīng)。
AC 伺服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):調(diào)速特性好，全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)控制平穩(wěn)，幾乎無振蕩，90%以上效率高，發(fā)熱少，高速控制，高精度位置控制(取決于編碼器精度)，恒轉(zhuǎn)矩，低慣性，低噪音，額定工作范圍內(nèi)無電刷磨損，免維護(hù)(適用于無塵、易爆環(huán)境)。
缺點(diǎn):控制復(fù)雜，需要現(xiàn)場調(diào)整驅(qū)動(dòng)參數(shù)來確定PID參數(shù)，需要更多的連接。
DC 伺服電機(jī)可分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)。
無刷電機(jī)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、易于控制和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但容易維護(hù)(更換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，需要使用環(huán)境。通常用于成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。
無刷電機(jī)具有體積小、重量輕、輸出大、響應(yīng)快、轉(zhuǎn)速高、慣性小、轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)平穩(wěn)、控制復(fù)雜智能、電子換向方式靈活、方波或正弦波換向、電機(jī)免維護(hù)、高效節(jié)能、電磁輻射低、溫升低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種環(huán)境。
伺服電機(jī)交流也是無刷電機(jī)，分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。目前運(yùn)動(dòng)控制一般采用同步電機(jī)，功率范圍大，功率大，慣性大， 轉(zhuǎn)速低，且隨著功率的增加恒速下降，適用于低速穩(wěn)定運(yùn)行的場合。
伺服電機(jī)里面的轉(zhuǎn)子是永磁體，驅(qū)動(dòng)器控制U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在這個(gè)磁場的作用下旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，電機(jī)提供的編碼器將反饋信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)器，并將反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，從而調(diào)整轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。伺服電機(jī)的精度取決于編碼器的精度(行數(shù))。
隨著永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展，DC伺服系統(tǒng)面臨著被淘汰的危機(jī)[/p] [p = 30，2，左]自20世紀(jì)80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)取得了突出的發(fā)展，各國著名電氣制造商相繼推出了新的交流伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品。交流伺服系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，這使得DC伺服系統(tǒng)面臨被淘汰的危機(jī)。
與DC伺服電機(jī)相比，交流伺服電機(jī)具有以下主要優(yōu)點(diǎn):
(1)無電刷和換向器，運(yùn)行更可靠，免維護(hù)。
??The定子繞組發(fā)熱大大減少。
⑶慣性小，系統(tǒng)快速響應(yīng)性好。
⑶高速高扭矩工況良好。
5.同等功率下體積小重量輕。
伺服電機(jī)原則
交流伺服電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與電容分相單相異步電機(jī)基本相似。定子配有兩個(gè)位置相差90度的繞組。一個(gè)是激勵(lì)繞組Rf，它總是連接到交流電壓Uf。另一個(gè)是控制繞組L，與控制信號(hào)電壓Uc相連。所以交流伺服電機(jī)也叫雙伺服電機(jī)。
交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電機(jī)具有更寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性、無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)性能，與普通電機(jī)相比應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小兩個(gè)特點(diǎn)。目前廣泛使用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種:一種是采用高電阻率導(dǎo)電材料制成的高電阻率導(dǎo) 的鼠籠式轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，將轉(zhuǎn)子做成細(xì)長形；另一種是鋁合金制成的空心杯狀轉(zhuǎn)子，杯壁只有0.2-0.3毫米，空心杯狀轉(zhuǎn)子因其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、響應(yīng)快、運(yùn)行穩(wěn)定而得到廣泛應(yīng)用。
交流伺服電機(jī)沒有控制電壓時(shí)，定子中只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場，轉(zhuǎn)子靜止。當(dāng)存在控制電壓時(shí)，定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。在負(fù)載不變的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。
雖然交流伺服電機(jī)的工作原理與電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電機(jī)相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻遠(yuǎn)大于后者，因此與電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電機(jī)相比，伺服電機(jī)有兩個(gè)顯著特點(diǎn):
1.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大:由于轉(zhuǎn)子阻力大，轉(zhuǎn)矩特性(機(jī)械特性)更接近線性，具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子就立即旋轉(zhuǎn)，其特點(diǎn)是啟動(dòng)快，靈敏度高。
2.工作范圍廣:運(yùn)行穩(wěn)定，噪音低。[/p] [p = 30，2，左] 3。無自旋轉(zhuǎn):一旦失去控制電壓，運(yùn)行中的伺服電機(jī)將停止運(yùn)行。
