伺服電機的工作原理詳解

伺服電機是一種專門設計用于精確控制位置、速度和加速度的電動機。它通常與伺服驅(qū)動器（也稱為伺服放大器或伺服控制器）一起使用，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠提供高精度的運動控制，并且廣泛應用于機器人技術、CNC機床、自動化裝配線、印刷設備以及各種需要精確定位的應用中。

工作原理概述

伺服電機，也稱為執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中扮演執(zhí)行機構的角色，負責將接收到的電信號轉化為電機軸上的角位移或角速度輸出。其顯著特征在于，當輸入信號電壓為零時，它不會產(chǎn)生自轉，而且它的轉速會隨著轉矩的增加而均勻下降。

伺服電機構成了一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，電機通過減速齒輪組驅(qū)動，而齒輪組的輸出端則帶動一個線性比例電位器來進行位置檢測。這個電位器將轉動角度轉換為相應的電壓值，并將此電壓反饋給控制電路板?？刂齐娐钒鍖⒎答伒碾妷号c輸入的控制脈沖信號進行比較，從而產(chǎn)生校正脈沖，并驅(qū)動電機正向或反向旋轉，以確保齒輪組的輸出位置達到預期的目標值，使校正脈沖逐漸減少至零，實現(xiàn)伺服電機的精確定位。

在伺服電機內(nèi)部，轉子是由永磁材料制成的，而驅(qū)動器控制的U/V/W三相電流產(chǎn)生了一個電磁場，使得轉子在該磁場中旋轉。同時，電機內(nèi)置的編碼器將反饋信號傳送給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)這些反饋信號和目標值進行對比，進而調(diào)整轉子的旋轉角度。因此，伺服電機的定位精度主要取決于編碼器的精度（線數(shù)）。

指令輸入 - 伺服系統(tǒng)的工作開始于一個外部命令，這個命令可以是一個期望的位置、速度或者加速度。這個命令通常來自于一個更高級別的控制系統(tǒng)，如PLC、工業(yè)PC或?qū)Ｓ玫倪\動控制器。

比較與計算 - 當外部命令被發(fā)送到伺服驅(qū)動器時，它會與編碼器等傳感器提供的當前狀態(tài)進行比較。如果存在差異，伺服驅(qū)動器會根據(jù)這個差異計算出必要的調(diào)整量，以便電機達到指定的位置或速度。

功率轉換與放大 - 伺服驅(qū)動器內(nèi)部包含電力電子器件，它們負責將標準的工業(yè)電源轉換成適當?shù)碾妷汉碗娏餍问絹眚?qū)動電機。這通常涉及到PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號的使用，它可以精確地控制流向電機繞組的電流量。

電機響應 - 經(jīng)過調(diào)整后的電能被供應到伺服電機，使其按照指定的方向和速度轉動。伺服電機通常是永磁同步電機，具有較高的效率和動態(tài)響應能力。

位置反饋 - 隨著電機的轉動，編碼器或其他位置傳感器會持續(xù)監(jiān)測電機軸的實際位置，并將這一信息實時反饋給伺服驅(qū)動器。這樣，驅(qū)動器就可以持續(xù)比較實際位置和目標位置之間的差距，并進行必要的調(diào)整。

通過上述過程，伺服電機系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)極高的精度和響應速度。由于其出色的性能，伺服電機在許多要求嚴格的工業(yè)應用中成為首選。此外，現(xiàn)代伺服系統(tǒng)還具有自我診斷和故障保護功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。隨著技術的不斷進步，伺服電機和驅(qū)動器變得更加高效、智能化，使得它們能夠適應更加復雜的運動控制需求。