本文就伺服電機相關知識點進行逐一匯總，希望能幫助大家解決更多的問題！

伺服電機的概述

伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助電機間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉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現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

伺服電機的工作原理

1、伺服系統是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標的任意變化的自動控制系統。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現位移，因為，伺服電機本身具備發出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環，如此一來，系統就會知道發了多少脈沖給伺服電機，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動，從而實現精確的定位，可以達到0.001mm。直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便，產生電磁干擾，對環境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業和民用場合。無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩定?？刂茝碗s，容易實現智能化，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，可用于各種環境。

2、交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前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運行的應用。

3、伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度。交流伺服電機和無刷直流伺服電機在功能上的區別：交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。

交流伺服電機和直流伺服電動機的區別

直流伺服電機的結構和普通直流電機差不多，只是直流電機為滿足低慣量采用細長電樞，盤形或空心杯的。交流伺服電機有兩相交流繞組，空間相差90點角度，其中一組為勵磁繞組，另一組為控制繞組。其控制方式有幅值控制，相位控制，幅值相位復合控制。大多采用復合控制。交流伺服電機的轉子電阻一般很大，這樣可以防止自轉，當控制電壓消失后，由于有勵磁電壓，此時的交流伺服電機中會有脈振磁動勢，由于電阻大，T-S曲線發生偏移，反轉的磁場產生的T要變大，所以此時合成的T為制動性質的，會停轉。

交流伺服電機比直流伺服電機性能好一些

從定義上講，交流伺服電機是，交流電機的一種，通過伺服驅動器的矢量控制理論控制電機的扭矩，速度，位置等等，把交流電通過等換計算的方式去控制電機，所以制造技術和伺服驅動器的軟件方面比較難開發，國內廠家目前都在仿造日系或者歐美產品。

直流伺服電機，就是把直流電機加上編碼器形成閉環控制，電機的控制方法基本就是改變電流的大小來改變電機的扭矩，速度等參數。我國最早的伺服系統就是直流伺服系統，軍工方面用的比較多，發展歷史時間長。我國最早的衛星東方紅，控制方向的就用的直流伺服電機。

推薦使用交流伺服電機，直流伺服電機太熱，控制精度不好。使用壽命短。

伺服電機與單相異步電機比較

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

1、啟動轉矩大

由于轉子電阻大，與普通異步電機的轉矩特性曲線相比，有明顯的區別。它可使臨界轉差率S0>1，這樣不僅使轉矩特性更接近于線性，而且具有較大的起動轉矩。因此，當定子一有控制電壓，轉子立即轉動，即具有起動快、靈敏度高的特點。

2、運行范圍較廣

3、無自轉現象

正常運轉的伺服電機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉。當伺服電機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態，由于轉子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉的旋轉磁場與轉子作用所產生的兩個轉矩特性以及合成轉矩特性。交流伺服電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。

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

伺服電機的調試方法

1、初始化參數

在接線之前，先初始化參數。

在控制卡上：選好控制方式；將PID參數清零；讓控制卡上電時默認使能信號關閉；將此狀態保存，確保控制卡再次上電時即為此狀態。

在伺服電機上：設置控制方式；設置使能由外部控制；編碼器信號輸出的齒輪比；設置控制信號與電機轉速的比例關系。一般來說，建議使伺服工作中的最大設計轉速對應9V的控制電壓。比如，山洋是設置1V電壓對應的轉速，出廠值為500，如果你只準備讓電機在1000轉以下工作，那么，將這個參數設置為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。復查接線沒有錯誤后，電機和控制卡上電。此時電機應該不動，而且可以用外力輕松轉動，如果不是這樣，檢查使能信號的設置與接線。用外力轉動電機，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置

3、試方向

對于一個閉環控制系統，如果反饋信號的方向不正確，后果肯定是災難性的。通過控制卡打開伺服的使能信號。這是伺服應該以一個較低的速度轉動，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。使用這個指令或參數，看電機的轉速和方向是否可以通過這個指令控制。如果不能控制，檢查模擬量接線及控制方式的參數設置。確認給出正數，電機正轉，編碼器計數增加；給出負數，電機反轉轉，編碼器計數減小。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，使其一致。

4、抑制零漂

在閉環控制過程中，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，仔細調整，使電機的轉速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機性，所以，不必要求電機轉速絕對為零。

5、建立閉環控制

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，電機應該已經能夠按照運動指令大致做出動作了。

6、調整閉環參數

細調控制參數，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，更多的是經驗，這里只能從略了。

伺服電機與步進電機的性能比較

步進電機作為一種開環控制的系統，和現代數字控制技術有著本質的聯系。在目前國內的數字控制系統中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服系統的出現，交流伺服電機也越來越多地應用于數字控制系統中。為了適應數字控制的發展趨勢，運動控制系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機。雖然兩者在控制方式上相似，但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。現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。如三洋公司生產的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為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。

交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以三洋全數字式交流伺服電機為例，對于帶標準2000線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收131072個脈沖電機轉一圈，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低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，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象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。

交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統內部具有頻率解析機能，可檢測出機械的共振點，便于系統調整。

三、矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉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。交流伺服電機具有較強的過載能力。以三洋交流伺服系統為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的二到三倍，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矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現了力矩浪費的現象。

五、運行性能不同

步進電機的控制為開環控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖的現象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統為閉環控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環和速度環，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可靠。

六、速度響應性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉速需要200～400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。

綜上所述，交流伺服系統在許多性能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以，在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。

伺服電機的制動方式的理解

用戶往往對電磁制動，再生制動，動態制動的作用混淆，選擇了錯誤的配件。

動態制動器由動態制動電阻組成，在故障、急停、電源斷電時通過能耗制動縮短伺服電機的機械進給距離。

再生制動是指伺服電機在減速或停車時將制動產生的能量通過逆變回路反饋到直流母線，經阻容回路吸收。

電磁制動是通過機械裝置鎖住電機的軸。

三者的區別：

(1)再生制動必須在伺服器正常工作時才起作用，在故障、急停、電源斷電時等情況下無法制動電機。動態制動器和電磁制動工作時不需電源。

(2)再生制動的工作是系統自動進行，而動態制動器和電磁制動的工作需外部繼電器控制。

(3)電磁制動一般在SV、OFF后啟動，否則可能造成放大器過載，動態制動器一般在SV、OFF或主回路斷電后啟動，否則可能造成動態制動電阻過熱。

伺服電機的注意事項

一、伺服電機油和水的保護

A：伺服電機可以用在會受水或油滴侵襲的場所，但是它不是全防水或防油的。因此，伺服電機不應當放置或使用在水中或油侵的環境中。

B：如果伺服電機連接到一個減速齒輪，使用伺服電機時應當加油封，以防止減速齒輪的油進入伺服電機

C：伺服電機的電纜不要浸沒在油或水中。

二、伺服電機電纜→減輕應力

A：確保電纜不因外部彎曲力或自身重量而受到力矩或垂直負荷，尤其是在電纜出口處或連接處。

B：在伺服電機移動的情況下，應把電纜牢固地固定到一個靜止的部分，并且應當用一個裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應力可以減到最小。

C：電纜的彎頭半徑做到盡可能大。

三、伺服電機允許的軸端負載

A：確保在安裝和運轉時加到伺服電機軸上的徑向和軸向負載控制在每種型號的規定值以內。

B：在安裝一個剛性聯軸器時要格外小心，特別是過度的彎曲負載可能導致軸端和軸承的損壞或磨損

C：最好用柔性聯軸器，以便使徑向負載低于允許值，此物是專為高機械強度的伺服電機設計的。

D：關于允許軸負載，請參閱“允許的軸負荷表”。

四、伺服電機安裝注意

A：在安裝/拆卸耦合部件到伺服電機軸端時，不要用錘子直接敲打軸端。

B：竭力使軸端對齊到最佳狀態。

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