伺服电机：伺服电机基础知识

一、什么是伺服

伺服，英文Servo，来源于拉丁语Servus，意思是奴隶，奴隶的特点就是完全按照主任的指令去做事。伺服电机，也就是严格按照控制指令来运行的电机。利用伺服电机搭建起来的系统或者机构就叫伺服系统或者伺服机构，可以用来进行位置控制、速度控制、转矩控制。

伺服机构的主要特点是有反馈，为了实现高精度的动作，避免与指令发生偏差需要不断进行反馈，因此伺服的控制逻辑就是为了缩小指令信号与反馈信号的误差。

伺服机构主要包括三个部分：

1、指令部：发出动作的指令信号，一般有PLC，运动控制卡等；

2、控制部：让电机按照指令运行，一般是伺服驱动器；

3、驱动部：一般就是电机及其传动结构；

二、伺服系统的作用

1、位置控制：可以准确的运动到指定的位置；

2、速度控制：可以让被控物体按照设定的速度运动，主要用于需要频繁调整运行速度的场景；

3、转矩控制：即使负载变化，也可以以恒定的转矩运行，主要用于张力或者压力控制；

三、伺服电机的种类

常见的伺服电机有同步型AC伺服电机、感应型AC伺服电机、DC伺服电机这3种。用的比较多的还是同步型AC伺服电机。

同步型AC伺服电机的特点

优点：

????????环境适应性强，无需维护；

????????可输出大转矩；

????????停电时，可进行发电制动；

????????体型小巧、功率范围大；

缺点：

????????必须配套伺服驱动器，且伺服驱动器比DC电机的要复杂；

????????永磁铁的磁力会随着时间的推移而变弱；

感应型伺服电机的特点

优点：

????????环境适应性强，无需维护；

????????可输出高速，大转矩；

????????容量越大，效率越高；

缺点：

????????停电不能发电制动；

????????性能随温度波动；

DC伺服电机的特点

优点：

????????伺服放大器结构简单；

????????停电时可发电制动；

????????小容量机型价格低；

缺点：

????????需要对整流部进行定期维护检查；

????????会产生电锯粉末，不能用于有洁净度要求的场所；

????????因为有电刷，不能用于高度大转矩的场合；

????????永磁铁的磁力会随时间的推移而减弱；

四、编码器的种类

编码器通常分为增量式编码器和绝对式编码器。

增量式编码器：在伺服驱动器断电之后，伺服电机的位置就丢失了，重新上电，它的位置就变成0，需要重新寻找原点。

绝对式编码器：在伺服驱动器断电之后，可以记住伺服电机当前的位置，不需要重新找原点。

编码器是电机的核心反馈部件，非常重要，关于编码器，在后面章节详细展开。

五、伺服电机的原理和构成

伺服系统的控制过程就是一个缩小误差的过程，要不断缩小误差就需要不断有反馈，通过反馈来监测被控对象是否按照指令在运行。

在AC伺服系统中，对编码器所发出的脉冲信号或伺服电机的电流进行检测，将检测结果反馈给伺服驱动器，伺服驱动器根据检测结果和相应的控制指令，对伺服电机进行相应的控制，根据指令的不同，伺服系统可分为三种控制模式：位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式。

位置控制模式：起主要作用的是位置环，根据编码器脉冲返回的位置信号进行位置控制，脉冲个数就可以表征位置；

速度控制模式：起主要作用的是速度环，也是根据编码器返回的脉冲，但是脉冲对时间求导就是速度了；

转矩控制模式：转矩与电流是直接相关，控制转矩就是控制电流，需要检测伺服驱动器的输出电流，根据电流反馈信号进行转矩控制。

电流环的响应速度最快，其次是速度环，位置环响应速度最慢；

从图中可以看出，

位置控制模式使用的环有：位置环、速度环、电流环；

速度控制模式使用的环有：速度环、电流环；

转矩控制模式使用的环有：电流环；