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中文名稱：伺服電機
英文名稱：servo motor
定義：
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、始動電壓應(yīng)用學(xué)科：航空科技（一級學(xué)科）；航空機電系統(tǒng)（二級學(xué)科）
伺服電機（servo motor ）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(dá)間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)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(dāng)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。
伺服電機介紹
伺服電機（servo motor ）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(dá)間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)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(dāng)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。
伺服電機特性
1、精度：實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機失步的問題；
2、轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到2000～3000轉(zhuǎn)；
3、適應(yīng)性：抗過載能力強，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對有瞬間負(fù)載波動和要求快速起動的場合特別適用；
4、穩(wěn)定：低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機的步進(jìn)運行現(xiàn)象。適用于有高速響應(yīng)要求的場合；
5、及時性：電機加減速的動態(tài)相應(yīng)時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；
6、舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。
中文名稱：交流伺服電動機
英文名稱：alternating current servomotor
定義：
用交流電信號控制的伺服電動機。
應(yīng)用學(xué)科：
機械工程（一級學(xué)科）；儀器儀表元件（二級學(xué)科）；儀表電機（二級學(xué)科）
以上內(nèi)容由全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定公布
目錄
應(yīng)用趨勢
交流伺服電動機的速度控制原理
交流伺服電動機，是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種機器。
交流伺服電動機主要由一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。電動機利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象而制成的。
交流伺服電動機主要由定子部分和轉(zhuǎn)子部分組成，其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組（其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組）。
交流伺服電動機控制精度高，矩頻特性好，具有過載能力，多應(yīng)用于物料計量，橫封裝置和定長裁切機上。
應(yīng)用趨勢
自動控制系統(tǒng)不僅在理論上飛速發(fā)展，在其應(yīng)用器件上也日新月異。模塊化、數(shù)字化、高精度、長壽命的器件每隔3～5年就有更新?lián)Q代的產(chǎn)品面市。傳統(tǒng)的交流伺服電機特性軟，并且其輸出特性不是單值的;步進(jìn)電機一般為開環(huán)控制而無法準(zhǔn)確定位，電動機本身還有速度諧振區(qū)，pwm調(diào)速系統(tǒng)對位置跟蹤性能較差，變頻調(diào)速較簡單但精度有時不夠，直流電機伺服系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能被廣泛的應(yīng)用于位置隨動系統(tǒng)中，但其也有缺點，例如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在超低速時死區(qū)矛盾突出，并且換向刷會帶來噪聲和維護(hù)保養(yǎng)問題。目前，新型的永磁交流伺服電機發(fā)展迅速，尤其是從方波控制發(fā)展到正弦波控制后，系統(tǒng)性能更好，它調(diào)速范圍寬，尤其是低速性能優(yōu)越。
交直流伺服電機系統(tǒng)
下面從功率驅(qū)動、性能、保護(hù)電路等方面，敘述其和直流伺服電機系統(tǒng)的不同特點。
功率驅(qū)動
對于在雷達(dá)上經(jīng)常使用的直流伺服系統(tǒng)的驅(qū)動電動機功率放大部分，當(dāng)天線重量輕，轉(zhuǎn)速慢，驅(qū)動功率較小時，一般為幾十瓦，可以直接用直流電源控制電動機。當(dāng)驅(qū)動功率要求在近千瓦或千瓦以上時，選擇驅(qū)動方案，也即放大直流電動機的電樞電流，就是設(shè)計伺服系統(tǒng)的重要部分。大功率直流電源目前采用較多的有:晶體管功放、晶閘管功放和電機放大機等等。對于千瓦級的晶體管功放使用的較少�？煽毓杓夹g(shù)在上世紀(jì)60～70年代初得到快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，但因當(dāng)時的各方面原因，如可靠性等，不少產(chǎn)品放棄了可控硅控制。目前的集成驅(qū)動模塊一般都為晶體管或晶閘管制造。電機放大機是傳統(tǒng)的直流伺服電機的功放裝置，因其控制簡單，結(jié)實耐用，目前的新型號的雷達(dá)產(chǎn)品上仍有采用。下面主要以放大電機為例，和交流伺服電機比較其優(yōu)缺點。
放大電機常稱為擴(kuò)大機，一般是用交流異步感應(yīng)電動機拖動串聯(lián)的兩級直流發(fā)電機組，以此來實現(xiàn)直流控制。兩組控制繞組，每組的輸入阻抗為幾千歐，若串接使用輸入阻抗約10千歐，一般為互補平衡對稱輸入，當(dāng)系統(tǒng)輸入不為零時打破其平衡，使放大電機有輸出信號。當(dāng)輸入電流為十幾到幾十毫安時其輸出可達(dá)100v以上的直流電壓和幾安到幾十安的電流，直接接到直流伺服電機的電樞繞組上。其主要缺點是體積重量大，非線性度，尤其在零點附近不是很好，這對于要求高的系統(tǒng)需要仔細(xì)處理。
而交流伺服電機都配有專門的驅(qū)動器，它在體積和重量上遠(yuǎn)小于同功率的放大電機，它靠內(nèi)部的晶體管或晶閘管組成的開關(guān)電路，根據(jù)伺服電機內(nèi)的光電編碼器或霍爾器件判斷轉(zhuǎn)子當(dāng)時的位置，決定驅(qū)動電機的a、b、c三相應(yīng)輸出的狀態(tài)，因此它的效率和平穩(wěn)性都很好。所以不像控制放大電機需要做專門的功放電路。這種電機一般都為永磁式的，驅(qū)動器產(chǎn)生的a、b、c三相變化的電流控制電機轉(zhuǎn)動，因此稱為交流伺服電機;驅(qū)動器輸入的控制信號可以是脈沖串，也可以是直流電壓信號（一般為±10v），所以也有將其稱為直流無刷電動機。
兩種電機的簡單試驗比較
對兩種電機作過簡單的試驗比較:只要將系統(tǒng)原先的直流誤差信號直接接入交流伺服驅(qū)動器的模擬控制輸入端，用交流伺服電機和它的驅(qū)動器代替原先的差分功放、電機放大機和直流伺服電機，而控制部分和測角元件等均不變，簡單比較兩種方案的輸出特性。
交流伺服電動機的速度控制原理
隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。在控制方式上用脈沖串和方向信號實現(xiàn)。
一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式 。
速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的。位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。具體采用什么控制方式要根據(jù)客戶的要求，滿足何種運動功能來選擇。
如果您對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。
如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會好一點。如果本身要求不是很高，或者，基本沒有實時性的要求，用位置控制方式對上位控制器沒有很高的要求。
就伺服驅(qū)動器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運算量最小，驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最快；位置模式運算量最大，驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最慢。
對運動中的動態(tài)性能有比較高的要求時，需要實時對電機進(jìn)行調(diào)整。那么如果控制器本身的運算速度很慢（比如PLC，或低端運動控制器），就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動器移到控制器上，減少驅(qū)動器的工作量，提高效率（比如大部分中高端運動控制器）；如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機。
換一種說法是：
1、轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對應(yīng)5Nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負(fù)載低于2.5Nm時電機正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5Nm時電機不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時電機反轉(zhuǎn)（通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生）�？梢酝ㄟ^即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。
2、位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機床、印刷機械等等。
3、速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機的位置信號或直接負(fù)載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負(fù)載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。
無刷伺服電機
無刷伺服電機是直流無刷伺服電機的簡稱，是直流無刷電機的一種。
直流無刷電機和直流電機是2個概念。雖然直流無刷電機名字帶直流，實際上是不是直流電機。從分類上來看，直流電機是一類，而直流無刷電機則屬于同步電機。同理：直流無刷伺服電機和直流伺服電機是2類，概念上不存在交集。簡言之：直流伺服電機特指直流有刷電機，直流有刷電機和直流無刷伺服電機不能統(tǒng)稱直流伺服電機。
無刷伺服電機體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以正弦波換相。電機免維護(hù)，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。
交流永磁伺服電機
伺服電機的工作原理
這里說的伺服電機是指交流永磁伺服電機。
交流伺服電機的工作原理：伺服系統(tǒng)一般由伺服放大器和伺服電機構(gòu)成。
伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，伺服放大器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的分辨率。
三菱伺服電機的分類
交流伺服系統(tǒng)分類：
主要的系列有：MR-J、MR-H、MR-C系列；MR-J2系列；MR-J2S系列；MR-E系列；MR-J3系列；MR-ES系列。
常用的伺服電機系列的功能介紹
三菱伺服電機MR-J2S系列
1、該產(chǎn)品還有RS-232和RS-422串行通訊功能，通過安裝有伺服設(shè)置軟件的個人計算機就能進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，試運行，狀態(tài)顯示和增益調(diào)整等操作。
2、與MR-J2S系列配套的伺服電機編碼器采用了分辨率為131072脈沖/轉(zhuǎn)的絕對位置編碼器，所以比MR-J2系列具有進(jìn)行更高精度控制的能力，采用高性能的CPU，大大提高產(chǎn)品的響應(yīng)性，速度環(huán)路頻率響應(yīng)提高到550HZ。
3、多種系列伺服馬達(dá)適應(yīng)不同控制需求，馬達(dá)上的編碼器均支持ABS模式，只要在伺服放大器上另加電池，就能構(gòu)成絕對位置系統(tǒng)。
4、使用更為方便，具有優(yōu)異的自動調(diào)諧性能，機械分析功能，可以輕松實現(xiàn)抑制機械振動，增益搜索功能，可以自動找出最佳增益值。
三菱伺服電機MR-J3系列
1、該產(chǎn)品具有USB和RS-422串行通訊功能，通過安裝有伺服設(shè)置軟件的個人計算機就能進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，試運行，狀態(tài)顯示監(jiān)控和增益調(diào)整等操作，該產(chǎn)品具有高水平自整定功能和高級振動抑制控制功能。
2、與MR-J3系列配套的高性能伺服電機編碼器采用了分辨率為262144脈沖/轉(zhuǎn)的絕對位置編碼器，速度環(huán)路頻率響應(yīng)提高到900HZ，具有高速/大轉(zhuǎn)矩特性，所以比MR-J2S系列具有進(jìn)行更高精度控制的能力。
3、多種系列伺服馬達(dá)適應(yīng)不同控制需求，馬達(dá)上的編碼器均支持ABS模式，只要在伺服放大器上另加電池，就能構(gòu)成絕對位置系統(tǒng)。
4、功能更強的伺服設(shè)置軟件MR-configurator使用更為方便，具有精確的機械分析功能。
三菱伺服電機MR-ES系列
1、MR-ES系列從控制模式上又可分成MR-E-A-KH003（位置控制模式和速度控制模式），MR-E-AG-KH003（模擬量輸入的速度 控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式）。
2、MR-ES系列的配套伺服電機的最新編碼器采用131072脈沖/轉(zhuǎn)分辨率的增量位置編碼器。
三菱伺服電機MR-E系列
菱通用AC伺服MR-ES系列是在MR-J2S系列的基礎(chǔ)上開發(fā)的，保持了高性能但是限定了功能的AC伺服系列。
MR-ES系列從控制模式上又可分成MR-E-A-KH003（位置控制模式和速度控制模式），MR-E-AG-KH003（模擬量輸入的速度 控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式）。
MR-ES系列的配套伺服電機的最新編碼器采用131072脈沖/轉(zhuǎn)分辨率的增量位置編碼器。
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