“伺服”一詞源于希臘語(yǔ)“奴隸”的意思?！八欧姍C”可以理解為絕對服從控制信號指揮的電機：在控制信號發(fā)出之前，轉子靜止不動(dòng);當控制信號發(fā)出時(shí)，轉子立即轉動(dòng);當控制信號消失時(shí)，轉子能即時(shí)停轉。

　　伺服電機是自動(dòng)控制裝置中被用作執行元件的微特電機，其功能是將電信號轉換成轉軸的角位移或角速度。伺服電動(dòng)機又稱(chēng)執行電動(dòng)機，在自動(dòng)控制系統中用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動(dòng)機軸上的角位移或角速度輸出。

　　伺服電機的分類(lèi)

　　伺服電機分為交流伺服和直流伺服兩大類(lèi)。

　　交流伺服電機的基本構造與交流感應電動(dòng)機(異步電機)相似。在定子上有兩個(gè)相空間位移90°電角度的勵磁繞組Wf和控制繞組WcoWf，接恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達到控制電機運行的目的。交流伺服電機具有運行穩定、可控性好、響應快速、靈敏度高以及機械特性和調節特性的非線(xiàn)性度指標嚴格(要求分別小于10%～15%和小于15%～25%)等特點(diǎn)。

　　直流伺服電機的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：速度控制精確，轉矩速度特性很硬，控制原理簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格便宜。

　　缺點(diǎn)：電刷換向，速度限制，附加阻力，產(chǎn)生磨損微粒(無(wú)塵易爆環(huán)境不宜)。

　　直流伺服電機基本構造與一般直流電動(dòng)機相似。電機轉速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E為電樞反電動(dòng)勢，K為常數，j為每極磁通，Ua、Ia為電樞電壓和電樞電流，Ra為電樞電阻，改變Ua或改變φ，均可控制直流伺服電動(dòng)機的轉速，但一般采用控制電樞電壓的方法，在永磁式直流伺服電動(dòng)機中，勵磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。直流伺服電動(dòng)機具有良好的線(xiàn)性調節特性及快速的時(shí)間響應。

　　交流伺服電機的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：速度控制特性良好，在整個(gè)速度區內可實(shí)現平滑控制，幾乎無(wú)振蕩，90%以上的高效率，發(fā)熱少，高速控制，高精確度位置控制(取決于編碼器精度)，額定運行區域內，可實(shí)現恒力矩，慣量低，低噪音，無(wú)電刷磨損，免維護(適用于無(wú)塵、易爆環(huán)境)。

　　缺點(diǎn)：控制較復雜，驅動(dòng)器參數需要現場(chǎng)調整PID參數確定，需要更多的連線(xiàn)。

　　直流伺服電機分為有刷和無(wú)刷電機。

　　有刷電機成本低，結構簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便(換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，對使用環(huán)境有要求，通常用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。

　　無(wú)刷電機體積小重量輕，出力大響應快，速度高慣量小，力矩穩定轉動(dòng)平滑，控制復雜，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機免維護，高效節能，電磁輻射小，溫升低壽命長(cháng)，適用于各種環(huán)境。

　　交流伺服電機也是無(wú)刷電機，分為同步和異步電機，目前運動(dòng)控制中一般都用同步電機，其功率范圍大，功率可以做到很大，大慣量，最高轉速低，轉速隨功率增大而勻速下降，適用于低速平穩運行場(chǎng)合

　　伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動(dòng)器控制U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉子在此磁場(chǎng)的作用下轉動(dòng)，同時(shí)電機自帶的編碼器將反饋信號傳給驅動(dòng)器，對反饋值與目標值進(jìn)行比較，從而調整轉子轉動(dòng)的角度，伺服電機的精度決定于編碼器的精度(線(xiàn)數)。

　　Q

　　交流伺服電機和無(wú)刷直流伺服電機在性能上有什么區別?

　　A

　　交流伺服電機的性能要好一些，因為交流伺服是正弦波控制，轉矩脈動(dòng)小;而無(wú)刷直流伺服是梯形波控制。但無(wú)刷直流伺服實(shí)現控制比較簡(jiǎn)單，便宜。

　　永磁交流伺服驅動(dòng)技術(shù)的迅猛發(fā)展使直流伺服系統面臨被淘汰的危機[/p][p=30，2，left]20世紀80年代以來(lái)，隨著(zhù)集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國著(zhù)名電氣廠(chǎng)商相繼不斷推出新的交流伺服電機和伺服驅動(dòng)器系列產(chǎn)品。交流伺服系統已成為當代高性能伺服系統的主要發(fā)展方向，使直流伺服系統面臨被淘汰的危機。

　　永磁交流伺服電動(dòng)機同直流伺服電動(dòng)機比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：

　?、艧o(wú)電刷和換向器，運行更可靠，免維護。

　?、贫ㄗ永@組發(fā)熱大大減少。

　?、菓T量小，系統快速響應性好。

　?、雀咚俅罅毓ぷ鳡顟B(tài)好。

　?、上嗤β氏麦w積小重量輕。

　　伺服電機原理

　　交流伺服電動(dòng)機定子的構造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機相似。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上;另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機又稱(chēng)兩個(gè)伺服電動(dòng)機。

　　交流伺服電動(dòng)機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機具有較寬的調速范圍、線(xiàn)性的機械特性，無(wú)“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動(dòng)機相比，應具有轉子電阻大和轉動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采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(dòng)慣量，轉子做得細長(cháng);另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁僅0.2-0.3mm，空心杯形轉子的轉動(dòng)慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩，因此被廣泛采用。

　　交流伺服電動(dòng)機在沒(méi)有控制電壓時(shí)，定子內只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉子靜止不動(dòng)。當有控制電壓時(shí)，定子內便產(chǎn)生一個(gè)旋轉磁場(chǎng)，轉子沿旋轉磁場(chǎng)的方向旋轉，在負載恒定的情況下，電動(dòng)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(shí)，伺服電動(dòng)機將反轉。

　　交流伺服電動(dòng)機的工作原理與電容運轉式單相異步電動(dòng)機雖然相似，但前者的轉子電阻比后者大得多，所以伺服電動(dòng)機與電容運轉式異步電動(dòng)機相比，有兩個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)：

　　1. 起動(dòng)轉矩大：由于轉子電阻大，使轉矩特性(機械特性)更接近于線(xiàn)性，而且具有較大的起動(dòng)轉矩。因此，當定子一有控制電壓，轉子立即轉動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。

　　2. 運行范圍寬：運行平穩、噪音小。[/p][p=30，2，left]3、無(wú)自轉現象：運轉中的伺服電動(dòng)機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉。

　　精密傳動(dòng)微特電機

　　“精密傳動(dòng)微特電機”能夠在系統中快速而正確地執行頻繁變化的指令，帶動(dòng)伺服機構完成指令所期望的工作，大多能夠滿(mǎn)足以下要求：

　　1. 能頻繁啟動(dòng)、停止、制動(dòng)、反轉及低速運行，且機械強度高、耐熱等級高、絕緣等級高。

　　2. 快速相應能力好，轉矩較大，轉動(dòng)慣量小，時(shí)間常數小。

　　3. 帶有驅動(dòng)器和控制器(如伺服電機、步進(jìn)電機)，控制性能良好。

　　4. 高可靠性，高精度。

　　精密傳動(dòng)微特電機的類(lèi)別及其結構和性能對比如下：

　　交流伺服電機

　　(1)籠型兩相交流伺服電機(細長(cháng)籠型轉子、機械特性近似線(xiàn)性、體積和勵磁電流小、小功率伺服、低速運轉不夠平滑)。

　　(2)非磁性杯型轉子兩相交流伺服電機(空心杯轉子、機械特性近似線(xiàn)性、體積和勵磁電流較大、小功率伺服、低速運轉平滑)。

　　(3)鐵磁杯型轉子兩相交流伺服電機(鐵磁材料杯型轉子、機械特性近似線(xiàn)性、轉子轉動(dòng)慣量大、齒槽效應小、運行平穩)。

　　(4)同步型永磁交流伺服電機(由永磁同步電機、測速機及位置檢測元件同軸一體機組，定子為3相或2相，磁性材料轉子，必須配驅動(dòng)器;調速范圍寬、機械特性由恒轉矩區和恒功率區組成，可連續堵轉，快速相應性能好，輸出功率大，轉矩波動(dòng)小;有方波驅動(dòng)和正弦波驅動(dòng)兩種方式，控制性能好，為機電一體化產(chǎn)品)。

　　(5)異步型三相交流伺服電機(轉子與籠型異步電機相似，必須配驅動(dòng)器，采用矢量控制，擴大了恒功率調速范圍，多用于機床主軸調速系統)。

　　直流伺服電機

　　(1)印制繞組直流伺服電機(盤(pán)形轉子、盤(pán)形定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉子轉動(dòng)慣量小，無(wú)齒槽效應，無(wú)飽和效應，輸出轉矩大)。

　　(2)線(xiàn)繞盤(pán)式直流伺服電機(盤(pán)形轉子、定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉子轉動(dòng)慣量小，控制性能優(yōu)于其他直流伺服電機，效率高，輸出轉矩大)。

　　(3)杯型電樞永磁直流電機(空心杯轉子，轉子轉動(dòng)慣量小，適用于增量運動(dòng)伺服系統)。

　　(4)無(wú)刷直流伺服電機(定子為多相繞組，轉子為永磁式，帶轉子位置傳感器，無(wú)火花干擾，壽命長(cháng)，噪聲低)。

　　力矩電機

　　(1)直流力矩電機(扁平結構，極數槽數換向片數串聯(lián)導體數多;輸出轉矩大，低速或堵轉下可連續工作，機械和調節特性好，機電時(shí)間常數小)。

　　(2)無(wú)刷直流力矩電機(與無(wú)刷直流伺服電機結構相似，但為扁平狀，極數槽數串聯(lián)導體數多;輸出轉矩大，機械和調節特性好，壽命長(cháng)，無(wú)火花，噪聲低)。

　　(3)籠型交流力矩電機(籠型轉子，扁平結構，極數槽數多，啟動(dòng)轉矩大，機電時(shí)間常數小，可長(cháng)期堵轉運行，機械特性較軟)。

　　(4)實(shí)心轉子交流力矩電機(鐵磁材料實(shí)心轉子，扁平結構，極數槽數多，可長(cháng)期堵轉，運行平滑，機械特性較軟)。

　　步進(jìn)電機

　　(1)反應式步進(jìn)電機(定轉子均由硅鋼片疊成，轉子鐵心上無(wú)繞組，定子上有控制繞組;步距角小，啟動(dòng)與運行頻率較高，步距角精度較低，無(wú)自鎖力矩)。

　　(2)永磁步進(jìn)電機(永磁式轉子，徑向磁化極性;步距角大，啟動(dòng)與運行頻率低，有保持轉矩，消耗功率比反應式小，但須供正、負脈沖電流)。

　　(3)混合式步進(jìn)電機(永磁式轉子，軸向磁化極性;步距角精度高，有保持轉矩，輸入電流小，兼有反應式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn))。

　　開(kāi)關(guān)磁阻電機(定轉子均由硅鋼片疊成，都為凸極式，與極數相接近的大步距反應式步進(jìn)電機結構相似，帶有轉子位置傳感器，轉矩方向與電流方向無(wú)關(guān)，調速范圍小，噪聲大，機械特性由恒轉矩區、恒功率區、串勵特性區三部分組成)。

　　直線(xiàn)電機(結構簡(jiǎn)單，導軌等可作為二次導體，適用于直線(xiàn)往復運動(dòng);高速伺服性能好，功率因數和效率高，恒速運行性能優(yōu))。