伺服電機的原理及應用有哪些？

一、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（分辨率）。

1、 直流伺服電機

輸入或輸出為直流電能的旋轉電機。它的模擬調速系統一般是由2個(gè)閉環(huán)構成的，既速度閉環(huán)和電流閉環(huán)，為使二者能夠相互協(xié)調、發(fā)揮作用，在系統中設置了2個(gè)調節器，分別調節轉速和電流。2個(gè)反饋閉環(huán)在結構上采用一環(huán)套一環(huán)的嵌套結構，這就是所謂的雙閉環(huán)調速系統，它具有動(dòng)態(tài)響應快、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛地應用。

直流伺服電機可應用在火花機，機器手，的機器等，同時(shí)可加配減速箱，令機器設備帶來(lái)可靠的準確性及高扭力。

2、交流伺服電機

輸入或輸出為交流電能的旋轉電機。 交流伺服電機分為同步和異步電機。

同步電機的主要運行方式有三種，即作為發(fā)電機、電動(dòng)機和補償機運行。作為發(fā)電機運行是同步電機zui主要的運行方式，作為電動(dòng)機運行是同步電機的另一種重要的運行方式。同步電動(dòng)機的功率因數可以調節，在不要求調速的場(chǎng)合，應用大型同步電動(dòng)機可以提高運行效率。

異步電機負載時(shí)的轉速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿(mǎn)載范圍內接近恒速運行，能滿(mǎn)足大多數工農業(yè)生產(chǎn)機械的傳動(dòng)要求。缺點(diǎn)是異步電機運行時(shí)，必須從電網(wǎng)吸取無(wú)功勵磁功率，使電網(wǎng)的功率因數變壞。

因此，對驅動(dòng)球磨機、壓縮機等大功率、低轉速的機械設備，常采用同步電機。由于異步電機的轉速與其旋轉磁場(chǎng)轉速有一定的轉差關(guān)系，其調速性能較差(交流換向器電動(dòng)機除外)，適用于驅動(dòng)無(wú)特殊性能要求的各種機械設備。對要求較寬廣和平滑調速范圍的交通運輸機械、軋機、大型機床、印染及造紙機械等，采用直流電機較經(jīng)濟、方便。

二、交流伺服系統已成為當代高性能伺服系統的主要發(fā)展方向

運動(dòng)控制系統中大多采用全數字式交流伺服電機作為執行電動(dòng)機。在控制方式上用脈沖串和方向信號實(shí)現。

一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式、轉矩控制方式、位置控制方式 。

速度控制和轉矩控制都是用模擬量來(lái)控制的。位置控制是通過(guò)發(fā)脈沖來(lái)控制的。 

如果控制器本身的運算速度很慢（比如PLC，或低端運動(dòng)控制器），就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅動(dòng)器移到控制器上，減少驅動(dòng)器的工作量，提率（比如大部分中運動(dòng)控制器）。

1、轉矩控制

轉矩控制方式，是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值，來(lái)設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，具體表現為例如：10V對應5Nm的話(huà)，當外部模擬量設定為5V時(shí)電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負載低于2.5Nm時(shí)電機正轉，外部負載等于2.5Nm時(shí)電機不轉，大于2.5Nm時(shí)電機反轉（通常在有重力負載情況下產(chǎn)生）?？梢酝ㄟ^(guò)即時(shí)的改變模擬量的設定來(lái)改變設定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對應的地址的數值來(lái)實(shí)現。應用主要在對材質(zhì)的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線(xiàn)裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì )隨著(zhù)纏繞半徑的變化而改變。

2、位置控制

位置控制模式，一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率，來(lái)確定轉動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數來(lái)確定轉動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很?chē)栏竦目刂?，所以一般應用于定位裝置。應用領(lǐng)域如數控機床、印刷機械等等。

3、速度模式

通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率，都可以進(jìn)行轉動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時(shí)的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的zui終負載端的檢測裝置來(lái)提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，增加了整個(gè)系統的定位精度。

三、應用 

由于變頻器和伺服在性能和功能上的不同，所以應用也不大相同： 

1、在速度控制和力矩控制的場(chǎng)合要求不是很高的一般用變頻器，也有在上位加位置反饋信號構成閉環(huán)用變頻進(jìn)行位置控    制的，精度和響應都不高。 

2、在有嚴格位置控制要求的場(chǎng)合中只能用伺服來(lái)實(shí)現，還有就是伺服的響應速度遠遠大于變頻，有些對度的精度和響應    要求高的場(chǎng)合也用伺服控制，能用變頻控制的運動(dòng)的場(chǎng)合幾乎都能用伺服取代。