伺服電機的調試方法及伺服電機的選擇

伺服電機也稱為執行電機，或控制電機。在自動控制系統中，伺服電機是執行機構，其作用是將信號(控制電壓或相位)變為機械位移，即把接收到的電信號變為電機的某一轉速或角位移。其容量一般為0.1-100W，一般在30W以下。伺服電機分為DC和交流。

伺服電機內部的轉子是永磁體，由驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在這個磁場的作用下旋轉。同時，電機的編碼器將信號反饋給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值的比較來調整轉子的旋轉角度。伺服電機的精度取決于編碼器的精度(行數)。伺服電機控制伺服系統中機械元件運行的發動機。是輔助電機的間接變速裝置。也稱為執行電機，在自動控制系統中，它用作執行元件，將接收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度。分為DC和交流伺服電機。

　　伺服電機的調試方法

　　1、初始化參數

接線前初始化參數。

控制卡上：選擇控制方式；明確PID參數；控制卡上電時關閉默認使能信號；保存此狀態，以確?？刂瓶ㄔ俅瓮姇r處于此狀態。

在伺服電機上：設置控制模式；設置啟用由外部控制；編碼器信號輸出的傳動比；設置控制信號和電機速度之間的比例關系。一般來說，建議伺服工作中的設計速度對應9V的控制電壓。例如，楊珊設定1V電壓對應的速度，出廠值為500。如果您只希望電機在1000轉/分以下工作，則將該參數設置為111。

　　2、接線

關閉控制卡的電源，并連接控制卡和伺服系統之間的信號線。下列線路必須連接：控制卡模擬輸出線、使能信號線、伺服輸出編碼器信號線。檢查接線無錯誤后，電機和控制卡(和電腦)通電。此時，電機不應該移動，在外力作用下很容易轉動。如果沒有，檢查啟用信號的設置和接線。用外力旋轉電機，檢查控制卡是否能正確檢測電機位置的變化，否則檢查編碼器信號的接線和設置

　　3、試方向

對于閉環控制系統，如果反饋信號的方向不正確，后果將是災難性的。通過控制卡打開伺服啟動信號。這就是伺服要低速旋轉，就是傳說中的“零漂”。一般控制卡上都有抑制零點漂移的指令或參數。使用該指令或參數，查看電機的速度和方向是否可由該指令(參數)控制。如果無法控制，檢查控制模式的模擬接線和參數設置。確認給出一個正數，電機正轉，編碼器計數增加；給定一個負數，電機反向旋轉，編碼器計數減少。如果電機負載且行程受限，請勿使用此方法。測試不要給太大電壓，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，零點漂移的存在會對控制效果產生一定的影響，好加以抑制。用控制卡或伺服參數抑制零點漂移，并仔細調整使電機轉速趨近于零。由于零點漂移本身具有一定的隨機性，所以不需要要求電機轉速絕對為零。

　　5、建立閉環控制

伺服使能信號再次通過控制卡被釋放，并且較小的比例增益被輸入到控制卡上。至于什么更小，只能憑感覺來判斷。如果不放心，輸入控制卡允許的小值。打開控制卡和伺服的使能信號。此時，電機應該已經能夠大致按照運動指令動作了。

　　6、調整閉環參數

微調控制參數保證電機按照控制卡的指令運動是必須的工作，但是這部分工作比較有經驗，這里只能省略。

　　伺服電機的選擇

　　1、傳統的選擇方法

這里只考慮電機的動力學問題，直線運動用速度v(t)、加速度a(t)、所需外力F(t)表示，這些都可以表示為時間的函數，與其他因素無關。顯然，功率pmotor應該大于工作負載所需的峰值功率ppeak，但這是不夠的。物理功率包括扭矩和速度，但在實際傳動機構中受到限制。

用tpeak表示值或

者峰值。電機的速度決定了減速器減速比的上限，n上限= 峰值，/ 峰值，同樣，電機的扭矩決定了減速比的下限，n下限=T峰值/T電機，，如果n下限大于n上限，選擇的電機是不合適的。反之，則可以通過對每種電機的廣泛類比來確定上下限之間可行的傳動比范圍。只用峰值功率作為選擇電機的原則是不充分的，而且傳動比的準確計算非常繁瑣。

　　2、新的選擇方法

　　一種新的選擇原則是將電機特性與負載特性分離開，并用圖解的形式表示，這種表示方法使得驅動裝置的可行性檢查和不同系統間的比較更方便，另外，還提供了傳動比的一個可能范圍。

　　這種方法的優點：適用于各種負載情況；將負載和電機的特性分離開；有關動力的各個參數均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機。因此，不再需要用大量的類比來檢查電機是否能夠驅動某個特定的負載在電機和負載之間的傳動比會改變電機提供的動力荷載參數。

　　較更方便，另外，還提供了傳動比的一個可能范圍。

　　這種方法的優點：適用于各種負載情況；將負載和電機的特性分離開；有關動力的各個參數均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機。因此，不再需要用大量的類比來檢查電機是否能夠驅動某個特定的負載在電機和負載之間的傳動比會改變電機提供的動力荷載參數。

　　以下將介紹一些伺服電機系統，涉及永磁同步電機以及感應異步電機。

　　一個伺服系統，不單單是一個電機。它是一個閉環的運動系統，包含了控制器、驅動器、電儀和反饋裝置，通常一個還配有一個光學或磁編碼器。

　　伺服系統能在采用永磁（permanent magnets ，PM）技術后同步機械，配以有刷或無刷PM電機，或在一個AC感應電機上建立異步機械系統。

　　永磁同步電機 有較高的峰值，以及持續的扭矩，適用于精確位移系統的高加速度和快速減速中的驅動伺服系統。扭矩與輸入電流直接呈比例關系。電機軸速與輸入的電壓相關。輸入電壓越高，電機的速度就越高。扭矩和速度的比的曲線呈線性的。

　　永磁結構與電機氣隙相關。如，無刷PM電機的結構，包含兩個交互的磁結構，移動的轉子（連接著永磁）和定子線圈產生電磁反應，從而出現電機的轉矩和速度。

　　三相定子場能順序產生能量，且PM轉子跟隨轉子場一起完成同步運動。一個特定的電子補償系統，用于檢查轉子位置，并為定子線圈加能量。無刷PM電機，在所有其他的電機中成為精確位移系統的首選，除了汽車應用以及超大電機系統中。無刷PM電機是僅有的伺服電機系統，能用于閉環扭矩、速度或位移系統。

　　不同的轉子

　　AC感應電機擁有PM無刷電機同樣的物理特性

　　的定子，但它的轉子結構完全不同。鼠籠結構的感應電機包含一系列的感應鋁或銅條，放置在轉子結構中，連接在末端線圈。

　　這些短轉子條與定子的旋轉磁場互有電磁耦合感應，產生一個新的轉子場，并與定子場相互反應，形成轉子運動。

　　在同步的定子和較慢的定子場，與實際的速度之間有差異。這個速度的差異就是所謂的滑差。輸入的頻率決定了電機的速度。

　　例如，一個60 Hz、兩極的AC感應電機，無負載時的速度近3，600 rpm，一個四極AC電機運行速度低于1，800 rpm，根據滑差值的不用而有所不同。當電機開始轉矩時，滑差增加，速度降低。

　　AC感應電機會輸出更多的轉矩，隨著速度的降低，直至負載達到故障點，此時電機速度會遽降至零。一個固有的AC電機性能特點是，起始的轉矩較小，必須在電機起始時卸去負載。

　　隨著20世紀80年底變頻器電子驅動的出現，電機特有的轉矩-速度性能曲線，也發生了很大的改變。變頻器的性能是，同時改變電壓和頻率，使用可調節或可變化的速度驅動，就能重新構建了轉矩-速度曲線，AC感應電機是速度系統的主要環節。

　　如何使用

　　驅動技術在性能上的持續提高，將無刷PM和AC感應電機，也帶入了驅動市場的競爭，但是無刷PM電機仍然在控制領域中占主導地位。AC感應電機不適應在低速和高速中使用。

　　在伺服位移系統中使用一個無刷PM電機，通常采用50 kW （67 hp）或更高的功率的系統。AC感應電機通常在恒速或變速系統中?；旌系姆桨赶到y比較少見。其他電機也能部分實現，但是在性能上超過AC感應電機或無刷PM電機的方案較少。

　　無刷PM電機在速度控制中，對1 kW （1.37 hp）的DC有刷電機的速度控制或更小功率的應用市場中造成了一定的沖擊。而AC感應電機則掌控了大部分的大于1MW的應用。