伺服馬達介紹 相關
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2024年7月22日 · 伺服馬達，也稱為伺服電機，是一種能夠控制和驅動機械系統運動的電機裝置。 它由馬達、編碼器和控制器組成，透過控制器對馬達進行精確的控制，使得馬達能夠按照預定的速度和位置進行運動。 伺服馬達廣泛應用於工業自動化領域，如：控制機器人、CNC工具機、自動化生產線等設備的運動。 它的主要特點是高精度和高響應，能夠將電壓訊號轉換為轉矩和轉速以驅動控制物件。 在自動化產業中，伺服馬達是最常見的傳動動力來源之一。 伺服馬達的運作原理. 伺服馬達主要由馬達、編碼器以及控制器等核心部件構成。 馬達作為伺服系統的動力核心，藉由電流的輸入產生磁場，從而驅動轉子進行旋轉，實現動力輸出。 編碼器的作用則是精確測量馬達的轉動角度，確保系統能準確掌握馬達的當前位置。
伺服電機 (馬達) （Servomotor）是對用於使用 伺服機構 的馬達總稱。 伺服（Servo）一詞來自拉丁文"Servus"，本為奴隸（Sl所謂伺服系統，就是依照指示命令動作所構成的控制裝置，應用於電機的伺服控制，將感測器裝在電機與控制對象機器上，偵測結果會返回 伺服放大器 與指令值做比較。 由此可知，因為伺服電機是以回饋訊號控制，與藉由輸入脈沖訊號控制的 步進電機 有所區別。 [ 1] 結構. [ 編輯] 應用於伺服電機通常具有精密的位置檢測元件如 光電編碼器 或 解角器 （resolver）做為位置或速度的回授元件， [ 2] 伺服電機的裝置由下列三者構成 [ 1] ： 發出動作指令的"指示裝置"（控制器，Controller）
你知道伺服馬達是什麼嗎？為什麼要使用伺服馬達 ? 本篇文章將要帶大家認識伺服馬達，了解其運作原理及比較各類伺服馬達優缺點，請跟著我們看下去吧！
伺服馬達的英文為 Servomotor，泛指一切可依據指示命令改變動作行為的馬達。伺服馬達主要由感測器、放大器及控制器所組成。感測器是精密的位置檢測元件，通常是光電編碼器或解角器。
- 概觀
- 基本介紹
- 工作原理
- 發展歷史
- 選型比較
- 調試方法
- 性能比較
- 選型計算
- 制動方式
- 注意事項
1、伺服系統（servo mechanism）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（或給定值）的任意變化的自動控制系統。伺服主要靠脈衝來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈衝，就會旋轉1個脈衝對應的角度，從而實現位移，因為，伺服電機本身具備發出脈衝的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈衝，這樣，和伺服電機接受的脈衝形成了呼應，或者叫閉環，如此一來，系統就會知道發了多少脈衝給伺服電機，同時又收了多少脈衝回來，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，調速範圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（換碳刷），產生電磁干擾，對環境有要求。因此它可以用於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，回響快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩定。控制複雜，容易實現智慧型化，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，可用於各種環境。
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，它的功率範圍大，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套用。
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於編碼器的精度（線數）。
自從德國MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾瓦貿易博覽會上正式推出MAC永磁交流伺服電動機和驅動系統，這標誌著此種新一代交流伺服技術已進入實用化階段。到20世紀80年代中後期，各公司都已有完整的系列產品。整個伺服裝置市場都轉向了交流系統。早期的模擬系統在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運動控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數位訊號處理器（DSP）的套用，出現了數字控制系統，控制部分可完全由軟體進行，分別稱為直流伺服系統、三相永磁交流伺服系統。
到目前為止，高性能的電伺服系統大多採用永磁同步型交流伺服電動機，控制驅動器多採用快速、準確定位的全數字位置伺服系統。典型生產廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。
日本安川電機製作所推出的小型交流伺服電動機和驅動器，其中D系列適用於數控工具機（最高轉速為1000r/min，力矩為0.25～2.8N.m），R系列適用於機器人（最高轉速為3000r/min，力矩為0.016～0.16N.m）。之後又推出M、F、S、H、C、G 六個系列。20世紀90年代先後推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅動、8051單片機控制改為正弦波驅動、80C、154CPU和門陣列晶片控制，力矩波動由24%降低到7%，並提高了可靠性。這樣，只用了幾年時間形成了八個系列（功率範圍為0.05～6kW）較完整的體系，滿足了工作機械、搬運機構、焊接機器人、裝配機器人、電子部件、加工機械、印刷機、高速卷繞機、繞線機等的不同需要。
以生產工具機數控裝置而著名的日本發那科（Fanuc）公司，在20世紀80年代中期也推出了S系列（13個規格）和L系列（5個規格）的永磁交流伺服電動機。L系列有較小的轉動慣量和機械時間常數，適用於要求特別快速回響的位置伺服系統。
日本其他廠商，例如：三菱電動機（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、東芝精機（SM系列）、大隈鐵工所(BL系列）、三洋電氣（BL系列）、立石電機（S系列）等眾多廠商也進入了永磁交流伺服系統的競爭行列。
德國力士樂公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動機共有7個機座號92個規格。
交流伺服電動機
交流伺服電動機定子的構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子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調速範圍、線性的機械特性，無“自轉”現象和快速回響的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。目前套用較多的轉子結構有兩種形式：一種是採用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長；另一種是採用鋁合金製成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子.空心杯形轉子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩，因此被廣泛採用。
交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內只有勵磁繞組產生的脈動磁場，轉子靜止不動。當有控制電壓時，定子內便產生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉，在負載恆定的情況下，電動機的轉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。
永磁交流伺服電動機
20世紀80年代以來，隨著積體電路、電力電子技術和交流可變速驅動技術的發展，永磁交流伺服驅動技術有了突出的發展，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動器系列產品並不斷完善和更新。交流伺服系統已成為當代高性能伺服系統的主要發展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以後，世界各國已經商品化了的交流伺服系統是採用全數字控制的正弦波電動機伺服驅動。交流伺服驅動裝置在傳動領域的發展日新月異。
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：設定控制方式；設定使能由外部控制；編碼器信號輸出的齒輪比；設定控制信號與電機轉速的比例關係。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，山洋是設定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，將這個參數設定為111。
2、接線
將控制卡斷電，連線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。複查接線沒有錯誤後，電機和控制卡（以及PC）上電。此時電機應該不動，而且可以用外力輕鬆轉動，如果不是這樣，檢查使能信號的設定與接線。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定
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繫。在目前國內的數字控制系統中，步進電機的套用十分廣泛。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套用於數字控制系統中。為了適應數字控制的發展趨勢，運動控制系統中大多採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（脈衝串和方向信號），但在使用性能和套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後步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設定為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後端的旋轉編碼器保證。以三洋全數字式交流伺服電機為例，對於帶標準2000線編碼器的電機而言，由於驅動器內部採用了四倍頻技術，其脈衝當量為360°/8000=0.045°。對於帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收131072個脈衝電機轉一圈，即其脈衝當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈衝當量的1/655。
二、低頻特性不同
一、轉速和編碼器解析度的確認。
二、電機軸上負載力矩的折算和加減速力矩的計算。
三、計算負載慣量，慣量的匹配，安川伺服電機為例，部分產品慣量匹配可達50倍，但實際越小越好，這樣對精度和回響速度好。
四、再生電阻的計算和選擇，對於伺服，一般2kw以上，要外配置。
用戶往往對電磁製動，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迴路反饋到直流母線，經阻容迴路吸收。
電磁製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。動態制動器和電磁製動工作時不需電源。
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：如果伺服電機連線到一個減速齒輪，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線處。
伺服系統是控制結果與 目標值 的誤差量能縮小。 將來自控制對象的訊號返回到伺服放大器而反映在控制上，稱為 反饋 （Feedback）。 藉由 編碼器 （Encoder）感測電機旋轉並回饋的方式，簡單方便而廣泛使用。 相對地，可在控制對象機器外加裝置如 線性編碼器 等感測器，其結果在與指示訊號比較，因此多用於需要高精密度控制的用途中。 動作特性. 伺服電機的動作特性是進行位置 定位控制 和動作 速度控制 ，其主要特點是 轉速可以精確控制，速度控制範圍廣，可以安定平順等速運轉之外，還可以根據需求隨時變更速度。 在極低速度也可以穩定轉動。 能迅速做出正轉與逆轉，也能迅速加減速。 在由靜態改為動態運作或由動態改為靜態運作所需費時極短，而且即便有外力附加仍可以保持位置。
本專欄將以對話的形式介紹步進馬達與伺服馬達的用途區分，也會說明動作原理與轉矩特性的不同。 馬姐，我想請教關於步進馬達與伺服馬達的問題。 是什麼問題呢？
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