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    美國Applied Motion伺服電機具有機電時間常數(shù)小,、線性度高等特性

Applied Motion伺服電機可以控制速度,，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,。Applied Motion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。

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，Applied Motion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,，Applied Motion伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能,，所以Applied Motion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Applied Motion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Applied Motion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,。直流Applied Motion伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低,，結(jié)構(gòu)簡單,，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬,，控制容易,，需要維護，但維護不方便（換碳刷）,，產(chǎn)生電磁干擾,，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合,。

無刷電機體積小,，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?？刂茝?fù)雜,，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活,，可以方波換相或正弦波換相,。電機免維護，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,。

2,、交流Applied Motion伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機,，運動控制中一般都用同步電機,，它的功率范圍大，可以做到很大的功率,。大慣量,，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低,。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應(yīng)用,。

3、Applied Motion伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,，驅(qū)動器控制的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)反饋值與目標值進行比較,，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。Applied Motion伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）,。

交流Applied Motion伺服電機和無刷直流Applied Motion伺服電機在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些,，因為是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動小,。直流伺服是梯形波,。但直流伺服比較簡單，便宜,。

交流伺服電動機

交流伺服電動機定子的構(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,。應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子,，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,，轉(zhuǎn)子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子,，杯壁很薄,，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻,，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子.空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小,，反應(yīng)迅速，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn),，因此被廣泛采用,。

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),。

永磁交流伺服電動機

20世紀80年代以來,，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展,，永磁交流伺服驅(qū)動技術(shù)有了突出的發(fā)展,，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機和伺服驅(qū)動器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向,，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機,。90年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動機伺服驅(qū)動,。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領(lǐng)域的發(fā)展日新月異,。

永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有：

⑴無電刷和換向器,，因此工作可靠,，對維護和保養(yǎng)要求低。

⑵定子繞組散熱比較方便,。

⑶慣量小,，易于提高系統(tǒng)的快速性。

⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài),。

⑸同功率下有較小的體積和重量,。

伺服電動機與單相異步電動機比較

交流伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似,，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比,，有三個顯著特點：

1,、起動轉(zhuǎn)矩大

由于轉(zhuǎn)子電阻大，與普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線相比,，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,。

2,、運行范圍較廣

3、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）

交流伺服電動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。

交流伺服電動機運行平穩(wěn),、噪音小,。但控制特性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大,，效率低,，因此與同容量直流伺服電動機相比，體積大,、重量重,，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。

1,、初始化參數(shù)

在接線之前,，先初始化參數(shù)。 [2]

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Applied Motion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(fù)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

對于一個閉環(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,。這時伺服應(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。

Applied Motion伺服電機與步進電機的性能比較

步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng),，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系,。在國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(yīng)用十分廣泛,。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),，交流Applied Motion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)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流Applied Motion伺服電機作為執(zhí)行電動機,。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。

一,、控制精度不同

兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°,、0.9°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °,、0.36°,。也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產(chǎn)的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°,、0.9°,、0.72°、0.36°,、0.18°,、0.09°、0.072°、0.036°,，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角,。

交流Applied Motion伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流Applied Motion伺服電機為例,，對于帶標準2000線編碼器的電機而言,，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當量為360°/8000=0.045°,。對于帶17位編碼器的電機而言,，驅(qū)動器每接收131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°,，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655,。

二、低頻特性不同

步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象,。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān),，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利,。當步進電機工作在低速時,，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器,，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等,。

交流Applied Motion伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象,。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT）,，可檢測出機械的共振點,，便于系統(tǒng)調(diào)整。

三,、矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM,。交流Applied Motion伺服電機為恒力矩輸出,，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩,，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出,。

四、過載能力不同

步進電機一般不具有過載能力,。交流Applied Motion伺服電機具有較強的過載能力,。以三洋交流伺服系統(tǒng)為例,，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍,，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩,。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩,，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機,，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象,。

五,、運行性能不同

步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象,，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升,、降速問題,。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣,，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán),，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠,。

六,、速度響應(yīng)性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好,，以山洋400W交流Applied Motion伺服電機為例,，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合,。

綜上所述,，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機,。所以,，在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,，選用適當?shù)目刂齐姍C。