伺服電機的調試方法及伺服電機的選用選型

　　伺服電動機又叫執(zhí)行電動機，或叫控制電動機。在自動控制系統(tǒng)中，伺服電動機是一個執(zhí)行元件，它的作用是把信號（控制電壓或相位）變換成機械位移，也就是把接收到的電信號變?yōu)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/電機">電機的一定轉速或角位移。其容量一般在0.1-100W，常用的是30W以下。伺服電動機有直流和交流之分。

　　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(jù)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于編碼器的精度（線數(shù)）。伺服電動機在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機。是一種補助馬達間接變速裝置。又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類。

　　伺服電機的調試方法

　　1、初始化參數(shù)

　　在接線之前，先初始化參數(shù)。

　　在控制卡上：選好控制方式；將PID參數(shù)清零；讓控制卡上電時默認使能信號關閉；將此狀態(tài)保存，確?？刂瓶ㄔ俅紊想姇r即為此狀態(tài)。

　　在伺服電機上：設置控制方式；設置使能由外部控制；編碼器信號輸出的齒輪比；設置控制信號與電機轉速的比例關系。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，山洋是設置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(shù)設置為111。

　　2、接線

　　將控制卡斷電，連接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。復查接線沒有錯誤后，電機和控制卡（以及PC）上電。此時電機應該不動，而且可以用外力輕松轉動，如果不是這樣，檢查使能信號的設置與接線。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置

　　3、試方向

　　對于一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果反饋信號的方向不正確，后果肯定是災難性的。通過控制卡打開伺服的使能信號。這是伺服應該以一個較低的速度轉動，這就是傳說中的“零漂”。一般控制卡上都會有抑制零漂的指令或參數(shù)。使用這個指令或參數(shù)，看電機的轉速和方向是否可以通過這個指令（參數(shù)）控制。如果不能控制，檢查模擬量接線及控制方式的參數(shù)設置。確認給出正數(shù)，電機正轉，編碼器計數(shù)增加；給出負數(shù)，電機反轉轉，編碼器計數(shù)減小。如果電機帶有負載，行程有限，不要采用這種方式。測試不要給過大的電壓，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(shù)，使其一致。

　　4、抑制零漂

　　在閉環(huán)控制過程中，零漂的存在會對控制效果有一定的影響，最好將其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參數(shù)，仔細調整，使電機的轉速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機性，所以，不必要求電機轉速絕對為零。

　　5、建立閉環(huán)控制

　　再次通過控制卡將伺服使能信號放開，在控制卡上輸入一個較小的比例增益，至于多大算較小，這只能憑感覺了，如果實在不放心，就輸入控制卡能允許的最小值。將控制卡和伺服的使能信號打開。這時，電機應該已經(jīng)能夠按照運動指令大致做出動作了。

　　6、調整閉環(huán)參數(shù)

　　細調控制參數(shù)，確保電機按照控制卡的指令運動，這是必須要做的工作，而這部分工作，更多的是經(jīng)驗，這里只能從略了。

　　伺服電機的選擇

　　1、傳統(tǒng)的選擇方法

　　這里只考慮電機的動力問題，對于直線運動用速度v（t），加速度a（t）和所需外力F（t）表示，它們均可以表示為時間的函數(shù)，與其他因素無關。很顯然，電機的最大功率P電機，最大應大于工作負載所需的峰值功率P峰值，但僅僅如此是不夠的，物理意義上的功率包含扭矩和速度兩部分，但在實際的傳動機構中它們是受限制的。

　　用T峰值表示最大值或者峰值。電機的最大速度決定了減速器減速比的上限，n上限= 峰值，最大/ 峰值，同樣，電機的最大扭矩決定了減速比的下限，n下限=T峰值/T電機，最大，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(tǒng)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(yōu)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(shù)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(shù)。

　　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(yōu)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(shù)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(shù)。

　　以下將介紹一些伺服電機系統(tǒng)，涉及永磁同步電機以及感應異步電機。

　　一個伺服系統(tǒng)，不單單是一個電機。它是一個閉環(huán)的運動系統(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)。

　　永磁同步電機 有較高的峰值，以及持續(xù)的扭矩，適用于精確位移系統(tǒng)的高加速度和快速減速中的驅動伺服系統(tǒng)。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(chǎn)生電磁反應，從而出現(xiàn)電機的轉矩和速度。

　　三相定子場能順序產(chǎn)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(tǒng)，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(tǒng)的首選，除了汽車應用以及超大電機系統(tǒng)中。無刷PM電機是僅有的伺服電機系統(tǒng)，能用于閉環(huán)扭矩、速度或位移系統(tǒng)。

　　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(chǎn)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(jù)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(xiàn)，電機特有的轉矩-速度性能曲線，也發(fā)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(jié)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(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。

　　如何使用

　　驅動技術在性能上的持續(xù)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(tǒng)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(tǒng)。AC感應電機通常在恒速或變速系統(tǒng)中?；旌系姆桨赶到y(tǒng)比較少見。其他電機也能部分實現(xiàn)，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。