Kollmorgen DIGIFAS7201

伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

交流伺服电机的基本构造与交流感应电动机(异步电机)相似。在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，接恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电机运行的目的。交流伺服电机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格(要求分别小于10%～15%和小于15%～25%)等特点。 直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。电机转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua、Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ恒定。直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。

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伺服电机工作原理及应用 1、伺服系统（servo mechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 2、交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 3、伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。 直流伺服电机可应用在是火花机、机械手、精确的机器等。可同时配置2500P/R高分析度的标准编码器及测速器，更能加配减速箱、令机械设备带来可靠的准确性及高扭力。 调速性好，单位重量和体积下，输出功率最高，大于交流电机，更远远超过步进电机。多级结构的力矩波动小。

直流伺服电机的优点： （1）小型轻量，效率高。 （2）适合低电压工作。 （3）采用高性能永磁体可以得到高效率/大功率。 （4）电机与伺服放大器的系统价格较低。 （5）通过反馈，旋转精度及定位性能等基本性能很高。 直流伺服电机的缺点： （1）要根据负载进行伺服控制。 （2）存在电刷磨损，需要保养。 （3）电刷磨损会产生粉尘，不适用于洁净环境。 （4）会产生机械及电机噪声。 无铁心直流电机，很多厂商将其用于直流伺服电机。无铁心直流电机的特点如下： （1）转子惯量小。 （2）电机线圈的电感小，整流特性好。 （3）不产生齿槽转矩。电机驱动放大器根据正转脉冲和反转脉冲的位置偏移脉宽，确定直流电机的驱动电压极性和驱动时间。之后，通过位置反馈，RC伺服电机定位于目标位置。再者，伺服增益的调整通过电机驱动放大器完成，测量偏差脉冲，调整驱动时间。 RC伺服电机的优点 （1）广泛用于玩具，所以廉价。 （2）设计为电池驱动，适合低电压工作。 （3）小型轻量。 RC伺服电机的缺点 （1）需要调整单稳态多谐振荡器。 （2）存在电刷磨损，需要保养。 （3）电刷磨损会产生粉尘，不适用于洁净环境。 （4）会产生机械/电机噪声。 （5）伺服周期大约为20ms（交流伺服电机在1ms左右），略为粗放，振荡明显。 位置检测装置 伺服机构依赖反馈控制，需要位置或速度检测机构。不论是硬件方式，还是软件方式，概不例外。交流伺服电机最擅长控制位置，但也离不开位置检测装置。下面介绍几种典型的位置检测装置。

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