具有高扭矩能力和精確位置控制的交流伺服電機(jī)

伺服電機(jī)是任何物理自動化過程中極其重要的單元。伺服電機(jī)無處不在，從工業(yè)過程自動化、CD驅(qū)動器到機(jī)器人。如果我們想自己使用伺服電機(jī)，了解什么是伺服電機(jī)及其工作原理是很重要的。因此，我們將首先研究機(jī)電方面，然后深入探討伺服電機(jī)的控制方面。

伺服電機(jī)又稱控制電機(jī)，是一種具有高轉(zhuǎn)矩能力和精確位置控制的電機(jī)。雖然伺服電機(jī)的工作原理與其他電機(jī)相同，但它們的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、工作方式和應(yīng)用領(lǐng)域都有很大的不同。伺服電機(jī)有各種尺寸，從幾分之一瓦到數(shù)百瓦不等。在我們繼續(xù)之前，讓我們看看這些電機(jī)與其他電機(jī)有何不同。

·它們在所有速度下都能提供高扭矩，包括靜止時。

·它們可以保持一個靜止的位置。

·由于慣性矩小，它們可以快速切換旋轉(zhuǎn)方向。

·它們在低速或靜止時不會過熱。

·它們可以快速加速和減速。

·它們可以移動到任何給定的位置而不會漂移。

這些電機(jī)通常較窄（直徑較小，但長度較長）。這增加了它們的扭矩能力，并使慣性矩最小化，從而提高了它們的響應(yīng)時間。

伺服電機(jī)根據(jù)電氣和機(jī)械方面進(jìn)行分類。根據(jù)電氣方面：

　　1.直流伺服電機(jī)

這些電機(jī)通常是較小的永磁直流電機(jī)和較大的單獨勵磁直流電機(jī)。直流電機(jī)定子（靜止部分）裝有勵磁繞組，轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）裝有電樞繞組。勵磁繞組將產(chǎn)生磁場。我們知道，載流導(dǎo)體在磁場中會受到強(qiáng)迫。在這種情況下，作為載流導(dǎo)體繞組的電樞受到旋轉(zhuǎn)電樞的力。這里的控制可以通過控制通過勵磁繞組的電流或通過控制通過電樞導(dǎo)體的電流來實現(xiàn)。這基本上意味著我們控制導(dǎo)體上的力來控制直流伺服電機(jī)。

　　2.交流伺服電機(jī)

大多數(shù)交流伺服電機(jī)基本上是兩相鼠籠式感應(yīng)電機(jī)，通常用于低功率應(yīng)用。近年來，三相感應(yīng)電動機(jī)系統(tǒng)已被改進(jìn)用于大功率伺服應(yīng)用，以取代大功率直流伺服系統(tǒng)。伺服電機(jī)的定子有兩個繞組，電信號之間的相移為90度（連續(xù)北極和南極之間的角度為180度）。一個繞組是由恒壓源供電的參考繞組。另一個繞組是控制繞組，根據(jù)控制策略，其具有與參考電壓頻率相同的可變電壓。電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩由參考繞組和控制繞組之間的相位差控制。

根據(jù)機(jī)械方面，伺服電機(jī)分為位置旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)-也稱為半圓伺服，即其旋轉(zhuǎn)限制為180度。另一種是連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服，類似于位置伺服，但完全旋轉(zhuǎn)。還有一種稱為線性伺服的東西，它基本上是一種配備齒條和齒輪機(jī)構(gòu)的位置旋轉(zhuǎn)伺服。

盡管上述服務(wù)器的結(jié)構(gòu)和特性不同，但它們的控制機(jī)制幾乎相同。我們稱之為“伺服”。讓我們看看下圖，看看伺服如何始終“知道”其位置并達(dá)到其“應(yīng)該”位置。

在該機(jī)構(gòu)中，一對電位計用作誤差測量裝置，因為它們將參考位置和輸出位置之間的差值轉(zhuǎn)換為與其成比例的電壓?？刂戚斎雧確定輸入電位計的位置，即參考位置。電位計電壓的差異在于誤差電壓（EV=EC-ER）通過增益K放大，并饋送至電機(jī)的電樞電路。電機(jī)在存在誤差電壓的情況下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，并以減小誤差的方式旋轉(zhuǎn)負(fù)載。一旦輸出負(fù)載位置與參考位置相同，誤差電壓為零，電機(jī)停止。這就是伺服機(jī)構(gòu)用來控制位置的方式。

因此，伺服電機(jī)負(fù)責(zé)對伺服電機(jī)進(jìn)行精確控制，伺服電機(jī)良好的機(jī)電設(shè)計可以滿足高轉(zhuǎn)矩容量的要求。機(jī)械、電氣和控制設(shè)計的良好結(jié)合使伺服系統(tǒng)具有廣泛的實際應(yīng)用。

文章來源：藤倉自動化


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