伺服電機
關(guān)注創(chuàng)建者：道士KUN 創(chuàng)建時間：2021-03-30
伺服電機的視頻教程
手把手教你設(shè)計一款8極4.5kW永磁同步伺服電機
1、對伺服電機的基本要求； 2、伺服電機快速建模方法； 3、伺服電機齒槽轉(zhuǎn)矩計算； 4、伺服電機+驅(qū)動器耦合分析
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伺服電機的實例教程
（一）PLC是怎么控制伺服電機的？
在回答這個問題之前，首先要清楚伺服電機的用途，相對于普通的電機來說，伺服電機主要用于精確定位，因此大家通常所說的控制伺服，其實就是對伺服電機的位置控制。其實，伺服電機還用另外兩種工作模式，那就是速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，不過應(yīng)用比較少而已。
速度控制一般都是有變頻器實現(xiàn)，用伺服電機做速度控制，一般是用于快速加減速或是速度精準(zhǔn)控制的場合，因為相對于變頻器，伺服電機可以在幾毫米內(nèi)達到幾千轉(zhuǎn)，由于伺服都是閉環(huán)的，速度非常穩(wěn)定。轉(zhuǎn)矩控制主要是 控制伺服電機的輸出轉(zhuǎn)矩，同樣是因為伺服電機的響應(yīng)快。應(yīng)用以上兩種控制，可以把伺服驅(qū)動器當(dāng)成變頻器，一般都是用模擬量控制。
伺服電機最主要的應(yīng)用還是定位控制，位置控制有兩個物理量需要控制，那就是速度和位置，確切的說，就是控制伺服電機以多快的速度到達什么地方，并準(zhǔn)確的停下。
伺服驅(qū)動器通過接收的脈沖頻率和數(shù)量來控制伺服電機運行的距離和速度。比如，我們約定伺服電機每10000個脈沖轉(zhuǎn)一圈。如果PLC在一分鐘內(nèi)發(fā)送10000個脈沖，那么伺服電機就以1r/min的速度走完一圈，如果在一秒鐘內(nèi)發(fā)送10000個脈沖，那么伺服電機就以60r/min的速度走完一圈。
所以，PLC是通過控制發(fā)送的脈沖來控制伺服電機的，用物理方式發(fā)送脈沖，也就是使用PLC的晶體管輸出是最常用的方式，一般是低端PLC采用這種方式。而中高端PLC是通過通訊的方式把脈沖的個數(shù)和頻率傳遞給伺服驅(qū)動器。比如：
Profibus-DP CANopen、MECHATROLINK-II、EtherCAT等等。
這兩種方式只是實現(xiàn)的渠道不一樣，實質(zhì)是一樣的，對我們編程來說，也是一樣的。這也就是我想跟大家說的，要學(xué)習(xí)原理，觸類旁通，而不是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)。
展開 在許多領(lǐng)域都需要各種電機，包括知名的步進電機和伺服電機。但是，對于許多用戶而言，他們不了解這兩種電機的主要區(qū)別，因此他們始終不知道如何選擇。那么，步進電機和伺服電機之間的主要區(qū)別是什么？
? 基本結(jié)構(gòu)
步進電機結(jié)構(gòu)圖（圖片來源：鳴志公司）
伺服電機結(jié)構(gòu)圖（圖片來源：鳴志公司）
下文簡單敘述它們的差異：
1、工作原理
這兩種電機在原理上有很大的不同，步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件，查看步進電機的工作原理。
而伺服主要靠脈沖來定位，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，這樣系統(tǒng)就會清楚發(fā)了多少脈沖和收了多少脈沖回來，從而能夠精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)精確的定位。
2、控制精度
步進電機的精度一般是通過步距角的精準(zhǔn)控制來實現(xiàn)的，步距角有多種不同的細分檔位，可以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
而伺服電機的控制精度是由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證的，一般伺服電機的控制精度要高于步進電機。
展開 在了解PLC如何控制伺服電機之前，我們要明確兩個問題：PLC是怎么控制伺服電機的？以及如何設(shè)計一個伺服系統(tǒng)？然后從這兩個問題下手，開始詳細的講述PLC如何控制伺服，它們是怎么相輔相成的！
（一）PLC是怎么控制伺服電機的？
在回答這個問題之前，首先要清楚伺服電機的用途，相對于普通的電機來說，伺服電機主要用于精確定位，因此大家通常所說的控制伺服，其實就是對伺服電機的位置控制。其實，伺服電機還用另外兩種工作模式，那就是速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，不過應(yīng)用比較少而已。
速度控制一般都是有變頻器實現(xiàn)，用伺服電機做速度控制，一般是用于快速加減速或是速度精準(zhǔn)控制的場合，因為相對于變頻器，伺服電機可以在幾毫米內(nèi)達到幾千轉(zhuǎn)，由于伺服都是閉環(huán)的，速度非常穩(wěn)定。轉(zhuǎn)矩控制主要是 控制伺服電機的輸出轉(zhuǎn)矩，同樣是因為伺服電機的響應(yīng)快。應(yīng)用以上兩種控制，可以把伺服驅(qū)動器當(dāng)成變頻器，一般都是用模擬量控制。
展開 步進電機和伺服電機在工業(yè)傳動控制領(lǐng)域都是重要的控制部件，應(yīng)用面廣泛。但是步進電機和伺服電機有什么不同呢？
只有明白了步進電機和伺服電機的不同之處，才能夠準(zhǔn)確的判斷是采用步進電機呢還是伺服電機。
我們先來看看步進電機和伺服電機的概念。
伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。
1，步進電機和伺服電機的控制精度不同。兩相混合式步進電機步距角一般為1.8°，三相混合式步進電機步距角為1.2°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。
交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的伺服電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。
對于絕大多數(shù)用戶而言，無論是機械傳動精度，還是光電傳感器來定位精度，都沒有步進電機伺服電機的物理精度高，單方面追求電機的最高精度是沒有必要的。
2，步進電機和伺服電機矩頻特性不同。
步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在0～900RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為1000~3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。
3，步進電機和伺服電機過載能力不同。
4，步進電機和伺服電機運行性能不同。步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。,
5，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。
展開 在許多領(lǐng)域都需要各種電機，包括知名的步進電機和伺服電機。但是，對于許多用戶而言，他們不了解這兩種電機的主要區(qū)別，因此他們始終不知道如何選擇。那么，步進電機和伺服電機之間的主要區(qū)別是什么？
? 基本結(jié)構(gòu)
步進電機結(jié)構(gòu)圖（圖片來源：鳴志公司）
伺服電機結(jié)構(gòu)圖（圖片來源：鳴志公司）
下文簡單敘述它們的差異：
1、工作原理
這兩種電機在原理上有很大的不同，步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件，查看步進電機的工作原理。
而伺服主要靠脈沖來定位，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，這樣系統(tǒng)就會清楚發(fā)了多少脈沖和收了多少脈沖回來，從而能夠精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)精確的定位。
2、控制精度
步進電機的精度一般是通過步距角的精準(zhǔn)控制來實現(xiàn)的，步距角有多種不同的細分檔位，可以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
而伺服電機的控制精度是由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證的，一般伺服電機的控制精度要高于步進電機。
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工業(yè)自動化：優(yōu)化伺服電機的動態(tài)響應(yīng)，保證機器人或機床的定和位精度可達微米級別。
風(fēng)電與軌道交通：用于大功率發(fā)電機的測試，先進的平臺還能將測試中產(chǎn)生的電能回饋電網(wǎng)，節(jié)約超過65% 的能耗。
從減速器、伺服電機、傳感器等核心零部件，到整機研發(fā)制造、AI算法開發(fā)、場景應(yīng)用落地，杭州實現(xiàn)全鏈條自主可控，為展會提供 “展商+展品+技術(shù)+場景” 的全維度支撐。
高校科研實力頂尖
依托浙江大學(xué)、杭州電子科技大學(xué)等高校筑牢人才培育根基，之江實驗室、西湖大學(xué)等聚焦前沿技術(shù)攻堅，在AI芯片、大模型等領(lǐng)域接連突破。
高動態(tài)響應(yīng)：采用直線電機或高性能伺服電機作為負載，可模擬0.1毫秒級的位置階躍信號，用于測試伺服電機在急加速、急減速等瞬態(tài)工況下的跟隨誤差。
3. 高精度測量與模擬技術(shù)
測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到電機性能評估的可靠性，這要求傳感器和模擬電源具備相當(dāng)高的精度。
多參數(shù)精和密測量：系統(tǒng)能同步捕獲電壓、電流、扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、振動等多種參數(shù)。
行星齒輪減速機匹配伺服電機轉(zhuǎn)速，主要是通過確定合適的減速比來實現(xiàn)，具體方法如下：
1.根據(jù)負載轉(zhuǎn)速要求計算減速比：減速比(i=frac{伺服電機額定轉(zhuǎn)速}/{負載目標(biāo)轉(zhuǎn)速})。例如，負載需要的轉(zhuǎn)速為100rpm，伺服電機額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，則初步計算的減速比為30。
2.驗證減速機輸出轉(zhuǎn)速：根據(jù)計算出的減速比，驗證減速機輸出轉(zhuǎn)速是否滿足設(shè)備需求。
自動化展區(qū)
自動生產(chǎn)線成套技術(shù)、運動與控制系統(tǒng)、控制器、伺服電機、伺服驅(qū)動器、變頻器、減速機、馬達、過程儀表及分析儀器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線、氣動元件、傳動設(shè)備、安全設(shè)備和非標(biāo)自動化設(shè)備等。
展會亮點
地域優(yōu)勢。
旋轉(zhuǎn)測試系統(tǒng)：精準(zhǔn)捕捉旋轉(zhuǎn)扭力，杜絕不同心誤差
針對汽車旋鈕、旋轉(zhuǎn)開關(guān)等產(chǎn)品，旋轉(zhuǎn)測試系統(tǒng)采用伺服電機直驅(qū) + 自動調(diào)心浮動臺設(shè)計：
上端伺服電機固定樣品本體，確保驅(qū)動穩(wěn)定無偏差；
下端浮動臺自動校正同心度，避免測試過程中因偏心導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真；
搭載定制高低溫扭力傳感器，可在 - 45℃~90℃環(huán)境下穩(wěn)定工作，精準(zhǔn)采集旋轉(zhuǎn)扭力數(shù)據(jù)，真實還原車載旋轉(zhuǎn)部件的受力狀態(tài)。
10大展示板塊各有側(cè)重、相輔相成：核心部件專區(qū)聚焦伺服電機、精密減速器、靈巧手、視覺感知模塊等“卡脖子”領(lǐng)域的國產(chǎn)化創(chuàng)新成果，展現(xiàn)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)自主可控的突破進展；人形機器人整機專區(qū)匯聚國內(nèi)外頭部企業(yè)，展示具備工業(yè)作業(yè)、家庭服務(wù)、特種應(yīng)用等不同功能的人形機器人產(chǎn)品，現(xiàn)場演繹機器人在實際場景中的實操能力；場景應(yīng)用專區(qū)則打造工業(yè)制造、醫(yī)療康養(yǎng)、智慧物流、應(yīng)急救援等實景體驗場景，讓觀眾直觀感受具身智能技術(shù)如何賦能千行百業(yè)
同時，綠的諧波、環(huán)動科技等企業(yè)將帶來高精密減速器、伺服電機等國產(chǎn)“卡脖子”技術(shù)突破成果，展現(xiàn)中國機器人核心零部件產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新活力，為中國“智造”筑牢硬件根基。此外，展會還設(shè)置元宇宙、VR/AR虛擬現(xiàn)實等特色展區(qū)，虛擬數(shù)字人、全息顯示設(shè)備等產(chǎn)品將帶來沉浸式體驗，豐富展會呈現(xiàn)形式。
自動化展區(qū)
自動生產(chǎn)線成套技術(shù)、運動與控制系統(tǒng)、控制器、伺服電機、伺服驅(qū)動器、變頻器、減速機、馬達、過程儀表及分析儀器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線、氣動元件、傳動設(shè)備、安全設(shè)備和非標(biāo)自動化設(shè)備等。
展會亮點
地域優(yōu)勢。
專業(yè)的設(shè)備（如伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)）必須具備閉環(huán)控制能力，確保在高達60次/分鐘的高速測試下，依然保持角度零漂移。
2. 動態(tài)電阻監(jiān)測系統(tǒng)
這是區(qū)分“玩具”和“專業(yè)儀器”的分水嶺。
在屏幕或FPC彎折的過程中，由于微裂紋的產(chǎn)生，電阻值會發(fā)生波動。優(yōu)秀的測試系統(tǒng)必須集成四線制測阻法，能夠在屏體點亮或斷電狀態(tài)下，實時捕捉毫歐級的變化，并自動在軟件中生成“彎折次數(shù)-電阻”曲線。
