伺服電機(jī)及選型

1、伺服電機(jī)伺服電機(jī)(servomotor)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)。伺服電機(jī)可以控制速度，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，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?！八欧币辉~源于希臘語(yǔ)“奴隸”的意思，“伺服電機(jī)”可以理解為絕對(duì)服從控制信號(hào)指揮的電機(jī)：在控制信號(hào)發(fā)出之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)，當(dāng)控制信號(hào)發(fā)出時(shí)，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，轉(zhuǎn)子能即時(shí)停轉(zhuǎn)。因此伺服電機(jī)指的是隨時(shí)跟隨命令進(jìn)行動(dòng)作的一種電機(jī)，是以其工作性質(zhì)命名的。伺服主要靠脈沖來(lái)定位，伺服電機(jī)接收到一

2、個(gè)脈沖就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移。伺服本身帶有編碼器，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，就會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖。等于是把電機(jī)旋轉(zhuǎn)的詳細(xì)信息反饋回去，形成閉環(huán)。這樣的話，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)，這樣就能很精準(zhǔn)的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非常精準(zhǔn)的定位。一、伺服電機(jī)分類1、直流伺服結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單控制容易。但從實(shí)際運(yùn)行考慮，直流伺服電動(dòng)機(jī)引入了機(jī)械換向裝置，成本高，故障多，維護(hù)困難，經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花影響生產(chǎn)，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。而且碳刷需要維護(hù)更換。機(jī)械換向器的換向能力，也限制了電動(dòng)機(jī)的容量和速度。2、 交流伺服分為永磁同步伺服電機(jī)和異步伺服電機(jī)。目前

3、運(yùn)動(dòng)控制基本都用同步電機(jī)。永磁同步伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)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(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。特點(diǎn)如下：1、控制速度非?？欤瑥膯?dòng)到額定轉(zhuǎn)速只需幾毫秒；而相同情況下異步電機(jī)卻需要幾秒鐘。2、啟動(dòng)扭矩大，可以帶動(dòng)大慣量的物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 l 3、功率密度大，相同功率范圍下相比異步電機(jī)可以把體積做得更小、重量做得更輕。 l 4、運(yùn)行效率高。 l 5、可支持低速長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。 l 6、斷電無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可快速控制停止動(dòng)作。7、控制和響應(yīng)性能

4、比異步伺服電機(jī)高很多。2、 伺服電機(jī)計(jì)算2.1、電機(jī)轉(zhuǎn)矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是轉(zhuǎn)動(dòng)的力量的大小。也就是電機(jī)可以發(fā)出多大的力，轉(zhuǎn)矩是一種力矩，力矩在物理中的定義是：力矩= 力 ×力臂這里的力臂就可以看成電機(jī)所帶動(dòng)的物體的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑。如果電機(jī)轉(zhuǎn)矩太小，就帶不動(dòng)所要帶的物體，也就是感覺(jué)電機(jī)的“勁”不夠大。假設(shè)我們是采用滾珠絲桿使工件做平行移動(dòng)： 假設(shè)：負(fù)載速度： 檢測(cè)物體質(zhì)量： 移動(dòng)塊質(zhì)量： 滾珠絲桿直徑： 滾珠絲桿節(jié)距：摩擦系數(shù)：機(jī)械效率：減速比：R=1力矩=力×力臂把負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸上的公式為： 2.2、負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量反映出物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下的慣性：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的物體的

5、角速度更難于被改變。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的物體比慣量小的物體更難于被加速。系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量決定著電機(jī)的加減速時(shí)間。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響。慣量大，系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大，響應(yīng)慢，加減速時(shí)會(huì)產(chǎn)生震蕩，影響了伺服精度和響應(yīng)速度，慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時(shí)有利，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。 衡量機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，慣量越小，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性反應(yīng)越好；慣量越大，電機(jī)的負(fù)載也就越大，越難控制，但機(jī)械系統(tǒng)的慣量需和電機(jī)慣量相匹配才行。負(fù)載慣量計(jì)算公式：式中：J1-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量m-負(fù)載質(zhì)量（檢測(cè)物體+載物臺(tái)）-滾珠絲桿節(jié)距代入數(shù)據(jù)：假設(shè)：滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：聯(lián)軸節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：則總的負(fù)載慣量：選擇電機(jī)時(shí)要考慮慣量匹配： 即負(fù)載慣量不大于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的5倍。2.3、負(fù)載功率負(fù)載運(yùn)行功率：式中：-負(fù)載運(yùn)行功率-額定轉(zhuǎn)速，取3000 rpm-負(fù)載轉(zhuǎn)矩代入數(shù)據(jù)：