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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。現(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。