伺服電機基本構(gòu)造、工作原理、調(diào)試方法、注意事項、特點

　　伺服電機（servo motor ）又稱執(zhí)行電機，是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

伺服電機——基本構(gòu)造

　　交流伺服電機也是由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。它的定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機相似，其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上;另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。

　　交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動機相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點。

　　最早的伺服電動機是一般的直流電動機，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機做伺服電動機。目前的直流伺服電動機從結(jié)構(gòu)上講，就是小功率的直流電動機，其勵磁多采用電樞控制和磁場控制，但通常采用電樞控制。

伺服電機——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（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(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，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。

　　2、交流伺服電動機的工作原理

　　交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動。當有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負載恒定的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉(zhuǎn)。

　　3、直流伺服電動機的工作原理

　　直流伺服電機的工作原理與普通的直流電機工作原理基本相同。依靠電樞氣流與氣隙磁通的作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使伺服電機轉(zhuǎn)動。通常采用電樞控制方式，在保持勵磁電壓不變的條件下，通過改變電壓來改變轉(zhuǎn)速。電壓越小轉(zhuǎn)速越低，電壓為零時，停止轉(zhuǎn)動。因為電壓為零時，電流也為零，所以電機不會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，既不會出現(xiàn)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

伺服電機——調(diào)試方法

　　1、初始化參數(shù)在接線之前，先初始化參數(shù)。

　　在控制卡上：選好控制方式；將PID參數(shù)清零；讓控制卡上電時默認使能信號關(guān)閉；將此狀態(tài)保存，確?？刂瓶ㄔ俅紊想姇r即為此狀態(tài)。

　　在伺服電機上：設(shè)置控制方式；設(shè)置使能由外部控制；編碼器信號輸出的齒輪比；設(shè)置控制信號與電機轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系。一般來說，建議使伺服工作中的最大設(shè)計轉(zhuǎn)速對應(yīng)9V的控制電壓。比如，山洋是設(shè)置1V電壓對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，出廠值為500，如果你只準備讓電機在1000轉(zhuǎn)以下工作，那么，將這個參數(shù)設(shè)置為111。

　　2、接線將控制卡斷電，連接控制卡與伺服之間的信號線。以下的線是必須要接的：控制卡的模擬量輸出線、使能信號線、伺服輸出的編碼器信號線。復查接線沒有錯誤后，電機和控制卡（以及PC）上電。此時電機應(yīng)該不動，而且可以用外力輕松轉(zhuǎn)動，如果不是這樣，檢查使能信號的設(shè)置與接線。用外力轉(zhuǎn)動電機，檢查控制卡是否可以正確檢測到電機位置的變化，否則檢查編碼器信號的接線和設(shè)置。

　　3、試方向?qū)τ谝粋€閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果反饋信號的方向不正確，后果肯定是災(zāi)難性的。通過控制卡打開伺服的使能信號。這是伺服應(yīng)該以一個較低的速度轉(zhuǎn)動，這就是傳說中的“零漂”。一般控制卡上都會有抑制零漂的指令或參數(shù)。使用這個指令或參數(shù)，看電機的轉(zhuǎn)速和方向是否可以通過這個指令（參數(shù)）控制。如果不能控制，檢查模擬量接線及控制方式的參數(shù)設(shè)置。確認給出正數(shù)，電機正轉(zhuǎn)，編碼器計數(shù)增加；給出負數(shù)，電機反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，編碼器計數(shù)減小。如果電機帶有負載，行程有限，不要采用這種方式。測試不要給過大的電壓，建議在1V以下。如果方向不一致，可以修改控制卡或電機上的參數(shù)，使其一致。

　　4、抑制零漂在閉環(huán)控制過程中，零漂的存在會對控制效果有一定的影響，最好將其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參數(shù)，仔細調(diào)整，使電機的轉(zhuǎn)速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機性，所以，不必要求電機轉(zhuǎn)速絕對為零。

　　5、建立閉環(huán)控制再次通過控制卡將伺服使能信號放開，在控制卡上輸入一個較小的比例增益，至于多大算較小，這只能憑感覺了，如果實在不放心，就輸入控制卡能允許的最小值。將控制卡和伺服的使能信號打開。這時，電機應(yīng)該已經(jīng)能夠按照運動指令大致做出動作了。

　　6、調(diào)整閉環(huán)參數(shù)細調(diào)控制參數(shù)，確保電機按照控制卡的指令運動，這是必須要做的工作，而這部分工作，更多的是經(jīng)驗，這里只能從略了。

伺服電機——注意事項

　　1、伺服電機油和水的保護

　?、佟∷欧姍C可以用在會受水或油滴侵襲的場所，但是它不是全防水或防油的。因此， 伺服電機不應(yīng)當放置或使用在水中或油侵的環(huán)境中。

　?、凇∪绻欧姍C連接到一個減速齒輪，使用伺服電機時應(yīng)當加油封，以防止減速齒輪的油進入伺服電機

　　③　伺服電機的電纜不要浸沒在油或水中。

　　2、伺服電機電纜→減輕應(yīng)力

　?、佟〈_保電纜不因外部彎曲力或自身重量而受到力矩或垂直負荷，尤其是在電纜出口處或連接處。

　　②　在伺服電機移動的情況下，應(yīng)把電纜（就是隨電機配置的那根）牢固地固定到一個靜止的部分（相對電機），并且應(yīng)當用一個裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應(yīng)力可以減到最小。

　?、邸‰娎|的彎頭半徑做到盡可能大。

　　3、伺服電機允許的軸端負載

　　①　確保在安裝和運轉(zhuǎn)時加到伺服電機軸上的徑向和軸向負載控制在每種型號的規(guī)定值以內(nèi)。

　　②　在安裝一個剛性聯(lián)軸器時要格外小心，特別是過度的彎曲負載可能導致軸端和軸承的損壞或磨損

　?、邸∽詈糜萌嵝月?lián)軸器，以便使徑向負載低于允許值，此物是專為高機械強度的伺服電機設(shè)計的。

　?、堋￡P(guān)于允許軸負載，請參閱“允許的軸負荷表”（使用說明書）。

　　4、伺服電機安裝注意

　?、佟≡诎惭b/拆卸耦合部件到伺服電機軸端時，不要用錘子直接敲打軸端。（錘子直接敲打軸端，伺服電機軸另一端的編碼器要被敲壞）

　?、凇〗吡κ馆S端對齊到最佳狀態(tài)（對不好可能導致振動或軸承損壞）。

伺服電機——特點

　　伺服電動機與單機異步電動機相比，有三個顯著特點：

　　1、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象

　　正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉(zhuǎn)。當伺服電動機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T－S曲線）

　　伺服電機的輸出功率一般是0.1-100W。當電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。推薦閱讀; 電機生產(chǎn)廠家

　　2、運行范圍較廣

　　3、起動轉(zhuǎn)矩大

　　由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖3中曲線1所示，與普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線2相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0＞1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。因此，當定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，即具有起動快、靈敏度高的特點。