伺服電機(jī)的應(yīng)用及工作原理

一、伺服電機(jī)

伺服電機(jī)可以控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)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(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)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(jī)分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)，直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)都有各自的應(yīng)用領(lǐng)域，但直流伺服電機(jī)的應(yīng)用更廣泛的情況包括：

1.工業(yè)自動(dòng)化：直流伺服電機(jī)常用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，如生產(chǎn)線上的輸送帶、機(jī)械臂、自動(dòng)化裝配系統(tǒng)等。它們提供了高精度和可控性，適用于需要快速響應(yīng)和高精度定位的應(yīng)用。

2.機(jī)床和數(shù)控機(jī)械：直流伺服電機(jī)廣泛用于數(shù)控機(jī)床、銑床、鉆床、激光切割機(jī)等設(shè)備中，以提供精確的位置控制和速度調(diào)整。

3.機(jī)器人技術(shù)：直流伺服電機(jī)在工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，用于各種精密任務(wù)，如拾取和放置、焊接、噴涂等。

4.醫(yī)療設(shè)備：直流伺服電機(jī)用于醫(yī)療設(shè)備，例如CT掃描機(jī)、手術(shù)機(jī)器人和醫(yī)療儀器，以確保高精度的運(yùn)動(dòng)和控制。

5.航空航天：直流伺服電機(jī)也被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，如導(dǎo)航系統(tǒng)、飛機(jī)的操縱系統(tǒng)和衛(wèi)星設(shè)備。

6.實(shí)驗(yàn)室設(shè)備：直流伺服電機(jī)通常用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的各種設(shè)備，如顯微鏡、實(shí)驗(yàn)臺(tái)、樣品旋轉(zhuǎn)器等，以實(shí)現(xiàn)精確的控制和運(yùn)動(dòng)。

二、伺服電機(jī)工作原理

1、伺服系統(tǒng)（servo mechanism）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(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來(lái)定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)椋欧姍C(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(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)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(lái)，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，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(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)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(wú)刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。

無(wú)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(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境。

2、交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制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(dòng)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(yùn)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(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

交流伺服電機(jī)和無(wú)刷直流伺服電機(jī)在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡(jiǎn)單，便宜。