伺服電機(jī)基本構(gòu)造、工作原理、調(diào)試方法、注意事項(xiàng)、特點(diǎn)

　　伺服電機(jī)（servo motor ）又稱執(zhí)行電機(jī)，是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)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(jī)——基本構(gòu)造

　　交流伺服電機(jī)也是由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。它的定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似，其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上;另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。

　　最早的伺服電動(dòng)機(jī)是一般的直流電動(dòng)機(jī)，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機(jī)做伺服電動(dòng)機(jī)。目前的直流伺服電動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上講，就是小功率的直流電動(dòng)機(jī)，其勵(lì)磁多采用電樞控制和磁場(chǎng)控制，但通常采用電樞控制。

伺服電機(jī)——工作原理

　　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(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來(lái)定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)?，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來(lái)，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。

　　2、交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。

　　3、直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理

　　直流伺服電機(jī)的工作原理與普通的直流電機(jī)工作原理基本相同。依靠電樞氣流與氣隙磁通的作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通常采用電樞控制方式，在保持勵(lì)磁電壓不變的條件下，通過(guò)改變電壓來(lái)改變轉(zhuǎn)速。電壓越小轉(zhuǎn)速越低，電壓為零時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)殡妷簽榱銜r(shí)，電流也為零，所以電機(jī)不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，既不會(huì)出現(xiàn)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

伺服電機(jī)——調(diào)試方法

　　1、初始化參數(shù)在接線之前，先初始化參數(shù)。

　　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(shí)默認(rèn)使能信號(hào)關(guān)閉；將此狀態(tài)保存，確?？刂瓶ㄔ俅紊想姇r(shí)即為此狀態(tài)。

　　在伺服電機(jī)上：設(shè)置控制方式；設(shè)置使能由外部控制；編碼器信號(hào)輸出的齒輪比；設(shè)置控制信號(hào)與電機(jī)轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，建議使伺服工作中的最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)9V的控制電壓。比如，山洋是設(shè)置1V電壓對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，出廠值為500，如果你只準(zhǔn)備讓電機(jī)在1000轉(zhuǎn)以下工作，那么，將這個(gè)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(hào)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(hào)線、伺服輸出的編碼器信號(hào)線。復(fù)查接線沒有錯(cuò)誤后，電機(jī)和控制卡（以及PC）上電。此時(shí)電機(jī)應(yīng)該不動(dòng)，而且可以用外力輕松轉(zhuǎn)動(dòng)，如果不是這樣，檢查使能信號(hào)的設(shè)置與接線。用外力轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，檢查控制卡是否可以正確檢測(cè)到電機(jī)位置的變化，否則檢查編碼器信號(hào)的接線和設(shè)置。

　　3、試方向?qū)τ谝粋€(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果反饋信號(hào)的方向不正確，后果肯定是災(zāi)難性的。通過(guò)控制卡打開伺服的使能信號(hào)。這是伺服應(yīng)該以一個(gè)較低的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是傳說(shuō)中的“零漂”。一般控制卡上都會(huì)有抑制零漂的指令或參數(shù)。使用這個(gè)指令或參數(shù)，看電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向是否可以通過(guò)這個(gè)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(rèn)給出正數(shù)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，編碼器計(jì)數(shù)增加；給出負(fù)數(shù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，編碼器計(jì)數(shù)減小。如果電機(jī)帶有負(fù)載，行程有限，不要采用這種方式。測(cè)試不要給過(guò)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(jī)上的參數(shù)，使其一致。

　　4、抑制零漂在閉環(huán)控制過(guò)程中，零漂的存在會(huì)對(duì)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(xì)調(diào)整，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機(jī)性，所以，不必要求電機(jī)轉(zhuǎn)速絕對(duì)為零。

　　5、建立閉環(huán)控制再次通過(guò)控制卡將伺服使能信號(hào)放開，在控制卡上輸入一個(gè)較小的比例增益，至于多大算較小，這只能憑感覺了，如果實(shí)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(hào)打開。這時(shí)，電機(jī)應(yīng)該已經(jīng)能夠按照運(yùn)動(dòng)指令大致做出動(dòng)作了。

　　6、調(diào)整閉環(huán)參數(shù)細(xì)調(diào)控制參數(shù)，確保電機(jī)按照控制卡的指令運(yùn)動(dòng)，這是必須要做的工作，而這部分工作，更多的是經(jīng)驗(yàn)，這里只能從略了。

伺服電機(jī)——注意事項(xiàng)

　　1、伺服電機(jī)油和水的保護(hù)

　　①　伺服電機(jī)可以用在會(huì)受水或油滴侵襲的場(chǎng)所，但是它不是全防水或防油的。因此， 伺服電機(jī)不應(yīng)當(dāng)放置或使用在水中或油侵的環(huán)境中。

　?、凇∪绻欧姍C(jī)連接到一個(gè)減速齒輪，使用伺服電機(jī)時(shí)應(yīng)當(dāng)加油封，以防止減速齒輪的油進(jìn)入伺服電機(jī)

　　③　伺服電機(jī)的電纜不要浸沒在油或水中。

　　2、伺服電機(jī)電纜→減輕應(yīng)力

　?、佟〈_保電纜不因外部彎曲力或自身重量而受到力矩或垂直負(fù)荷，尤其是在電纜出口處或連接處。

　?、凇≡谒欧姍C(jī)移動(dòng)的情況下，應(yīng)把電纜（就是隨電機(jī)配置的那根）牢固地固定到一個(gè)靜止的部分（相對(duì)電機(jī)），并且應(yīng)當(dāng)用一個(gè)裝在電纜支座里的附加電纜來(lái)延長(zhǎng)它，這樣彎曲應(yīng)力可以減到最小。

　?、邸‰娎|的彎頭半徑做到盡可能大。

　　3、伺服電機(jī)允許的軸端負(fù)載

　?、佟〈_保在安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)加到伺服電機(jī)軸上的徑向和軸向負(fù)載控制在每種型號(hào)的規(guī)定值以內(nèi)。

　?、凇≡诎惭b一個(gè)剛性聯(lián)軸器時(shí)要格外小心，特別是過(guò)度的彎曲負(fù)載可能導(dǎo)致軸端和軸承的損壞或磨損

　?、邸∽詈糜萌嵝月?lián)軸器，以便使徑向負(fù)載低于允許值，此物是專為高機(jī)械強(qiáng)度的伺服電機(jī)設(shè)計(jì)的。

　?、堋￡P(guān)于允許軸負(fù)載，請(qǐng)參閱“允許的軸負(fù)荷表”（使用說(shuō)明書）。

　　4、伺服電機(jī)安裝注意

　?、佟≡诎惭b/拆卸耦合部件到伺服電機(jī)軸端時(shí)，不要用錘子直接敲打軸端。（錘子直接敲打軸端，伺服電機(jī)軸另一端的編碼器要被敲壞）

　?、凇〗吡κ馆S端對(duì)齊到最佳狀態(tài)（對(duì)不好可能導(dǎo)致振動(dòng)或軸承損壞）。

伺服電機(jī)——特點(diǎn)

　　伺服電動(dòng)機(jī)與單機(jī)異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)：

　　1、無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象

　　正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)失去控制電壓后，它處于單相運(yùn)行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T－S曲線）

　　伺服電機(jī)的輸出功率一般是0.1-100W。當(dāng)電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當(dāng)電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。推薦閱讀; 電機(jī)生產(chǎn)廠家

　　2、運(yùn)行范圍較廣

　　3、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大

　　由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖3中曲線1所示，與普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線2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(jī)械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。