淺談伺服電機(jī)的工作原理及其應(yīng)用

1、精選文檔淺談伺服電機(jī)的工作原理及其應(yīng)用一.伺服電動機(jī)的概念 伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī)，在自動把握系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。用作自動把握裝置中執(zhí)行元件的微特電機(jī)。又稱執(zhí)行電動機(jī)。其功能是將電信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。伺服：一詞源于希臘語奴隸的意思。人們想把伺服機(jī)構(gòu)?當(dāng)個得心應(yīng)手的馴服工具，聽從把握信號的要求而動作。在訊號來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動；訊號來到之后，轉(zhuǎn)子馬上轉(zhuǎn)動；當(dāng)訊號消逝，轉(zhuǎn)子能即時自行停轉(zhuǎn)。由于它的?伺服?性能，因此而得名。二.伺服電動機(jī)的工作原理1.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個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個

2、脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，由于，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)一個角度，都會發(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)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的把握電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而實現(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)簡潔，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，把握簡潔，需要維護(hù)，但維護(hù)便利（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一般工業(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)動平滑，力矩穩(wěn)定。

3、把握簡單，簡潔實現(xiàn)智能化，其電子換相方式機(jī)敏，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。 2.溝通伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運動把握中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應(yīng)用。 3.伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器把握的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(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器依據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機(jī)的精度打算于編碼器的精度（線數(shù)）。三.伺服電動機(jī)的分類伺

4、服電動機(jī)分交、直流兩類。溝通伺服電動機(jī)的工作原理與溝通感應(yīng)電動機(jī)相同。在定子上有兩個相空間位移90°電角度的勵磁繞組Wf和把握繞組WcoWf接一恒定溝通電壓，利用施加到Wc上的溝通電壓或相位的變化，達(dá)到把握電動機(jī)運行的目的。溝通伺服電動機(jī)具有運行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)整特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格（要求分別小于1015和小于1525）等特點。直流伺服電動機(jī)的工作原理與一般直流電動機(jī)相同。電動機(jī)轉(zhuǎn)速n為 nEK1j（UaIaRa）K1j式中E為電樞反電動勢；K為常數(shù)；j為每極磁通；Ua，Ia為電樞電壓和電樞電流；Ra為電樞電阻。轉(zhuǎn)變Ua或轉(zhuǎn)變，均可把握直流伺服電動

5、機(jī)的轉(zhuǎn)速，但一般接受把握電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動機(jī)中，勵磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通恒定。 直流伺服電動機(jī)具有良好的線性調(diào)整特性及快速的時間響應(yīng)。4. 伺服電動機(jī)的特點一般分為直流伺服和溝通伺服.對于直流伺服馬達(dá),優(yōu)點:精確的速度把握,轉(zhuǎn)矩速度特性很硬,原理簡潔、使用便利,價格優(yōu)勢 缺點:電刷換向,速度限制,附加阻力,產(chǎn)生磨損微粒(對于無塵室).對于溝通伺服馬達(dá),優(yōu)點:良好的速度把握特性，在整個速度區(qū)內(nèi)可實現(xiàn)平滑把握，幾乎無振蕩;高效率，90%以上，不發(fā)熱;高速把握;高精確位置把握（取決于何種編碼器）;額定運行區(qū)域內(nèi)，實現(xiàn)恒力矩;低噪音;沒有電刷的磨損，免維護(hù);不產(chǎn)生磨損顆粒、沒有

6、火花，適用于無塵間、易暴環(huán)境 慣量低; 缺點:把握較簡單,驅(qū)動器參數(shù)需要現(xiàn)場調(diào)整PID參數(shù)整定,需要更多的連線.五.溝通伺服電動機(jī)的進(jìn)呈現(xiàn)狀 隨著數(shù)控技術(shù)的快速進(jìn)展，伺服系統(tǒng)的作用與要求越顯突出，溝通伺服電動機(jī)的應(yīng)用也越來越為廣泛。針對直流電動機(jī)的缺陷，假如將其里外作相應(yīng)的調(diào)整處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子、轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置，就構(gòu)成了永磁無刷電動機(jī)，同時隨著矢量把握方法的有用化，使溝通伺服系統(tǒng)具有良好的伺服特性，其寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應(yīng)及四象限運行等良好的技術(shù)性能，使其動、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時可實現(xiàn)弱磁高速把握，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍

7、，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動的要求。 目前，在機(jī)床進(jìn)給伺服中接受的主要是永磁同步溝通伺服系統(tǒng)，有三種類型：模擬形式、數(shù)字形式和軟件形式。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號，位置把握通常由上位機(jī)實現(xiàn)。數(shù)字伺服可實現(xiàn)一機(jī)多用，如做速度、力矩、位置把握?？山邮漳M指令和脈沖指令，各種參數(shù)均以數(shù)字方式設(shè)定，穩(wěn)定性好。具有較豐富的自診斷、報警功能。軟件伺服是基于微處理器的全數(shù)字伺服系統(tǒng)。其將各種把握方式和不同規(guī)格、功率的伺服電機(jī)的監(jiān)控程序以軟件實現(xiàn)。使用時可由用戶設(shè)定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動進(jìn)入工作狀態(tài)。配有數(shù)字接口，轉(zhuǎn)變工作方式、更換電動機(jī)規(guī)格時，只需重設(shè)代碼即可，故也稱萬能伺服。溝通伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的

8、主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的進(jìn)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個方面。一是系統(tǒng)功率驅(qū)動裝置中的電力電子器件不斷向高頻化方向進(jìn)展，智能化功率模塊得到普及與應(yīng)用；二是基于微處理器嵌入式平臺技術(shù)的成熟，將促進(jìn)先進(jìn)把握算法的應(yīng)用；三是網(wǎng)絡(luò)化制造模式的推廣及現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟，將使基于網(wǎng)絡(luò)的伺服把握成為可能.六.溝通伺服電動機(jī)的進(jìn)展趨勢作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性始終是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來進(jìn)展了多種伺服驅(qū)動技術(shù)。伺服把握技術(shù)是打算溝通伺服系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國外溝通伺服技術(shù)封鎖的主要部分。伺服系統(tǒng)在加工機(jī)械、半導(dǎo)體制造、部件組裝等方面得到

9、了廣泛的應(yīng)用。隨著中國從制造業(yè)大國邁向制造業(yè)強(qiáng)國的進(jìn)程和全數(shù)字式溝通伺服系統(tǒng)的性能價格比逐步提高，溝通（AC）伺服系統(tǒng)作為把握電機(jī)類高檔精密部件，其市場需求將穩(wěn)步增長。 溝通伺服系統(tǒng)由于把握原理的先進(jìn)性，成本低、免維護(hù)，并且把握特性正在全面超越直流伺服系統(tǒng)，其勢必將在絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服電機(jī)。 AC伺服系統(tǒng)當(dāng)前的進(jìn)展趨勢: 1、高效率化 高速、高精、高性能化 盡管這方面的工作早就在進(jìn)行，但是仍需要連續(xù)加強(qiáng)。主要包括電機(jī)本身的高效率，也包括驅(qū)動系統(tǒng)的高效率化，接受更高精度的編碼器（每轉(zhuǎn)百萬脈沖級），更高采樣精度和數(shù)據(jù)位數(shù)、直線電機(jī)，以及應(yīng)用自適應(yīng)、人工智能等各種現(xiàn)代把握策略，不斷將

10、伺服系統(tǒng)的指標(biāo)提高。 2、通用化 通用型驅(qū)動器配置有大量的參數(shù)和豐富的菜單功能，便于用戶在不轉(zhuǎn)變硬件配置的條件下,便利地設(shè)置成V/F把握、無速度傳感器開環(huán)矢量把握、閉環(huán)磁通矢量把握、永磁無刷溝通伺服電動機(jī)把握及再生單元等五種工作方式，適用于各種場合，可以驅(qū)動不同類型的電機(jī)。 3、智能化 現(xiàn)代溝通伺服驅(qū)動器都具備參數(shù)記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數(shù)進(jìn)口驅(qū)動器都具備負(fù)載慣量測定和自動增益調(diào)整功能，有的可以自動辨識電機(jī)的參數(shù)，自動測定編碼器零位，有些則能自動進(jìn)行振動抑止。 4、網(wǎng)絡(luò)化和模塊化 現(xiàn)代工業(yè)局域網(wǎng)進(jìn)展的重要方向和各種總線標(biāo)準(zhǔn)競爭的焦點就是如何適應(yīng)高性能運動把握對數(shù)據(jù)傳輸實時性、牢靠性、同步性的要求。隨著國內(nèi)對大規(guī)模分布式把握裝置的需求上升，高檔數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成功，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字伺服的開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。模塊化不僅指伺服驅(qū)動模塊、電源模塊、再生制動模塊、通 訊模塊之間的組合方式，而且指伺服驅(qū)動器內(nèi)部軟件和硬件的模塊化和可重用。 5、小型化和大型化 無論是永磁無刷伺服電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)都樂觀向更小的尺寸進(jìn)展，比如20，28，35mm外徑；同時也在進(jìn)展更大功率和尺寸的機(jī)種，已經(jīng)看到500KW永磁伺