什么是伺服電機(jī)?與步進(jìn)電機(jī)相比有什么區(qū)別?

　　一般的電機(jī)主要作為設(shè)備的動力源用于連續(xù)旋轉(zhuǎn)，與此相對，配備了控制機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)，可以僅轉(zhuǎn)動固定角度并停在精確的位置上。利用這個特點，伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域和業(yè)余愛好領(lǐng)域的各種設(shè)備控制場景中，從工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)定位到確定無線電控制飛機(jī)的舵角，到處都有它的身影。

　　伺服電機(jī)的定義

　　伺服電機(jī)的伺服(servo)指的即是控制機(jī)構(gòu)。在科技領(lǐng)域里，控制的一側(cè)稱為主(master)，被控制的一側(cè)稱為從(slave)，據(jù)說伺服和從都源自拉丁語的Servus(奴隸)。

　　也就是說，伺服電機(jī)這個名稱的意思就是"按照指示忠實工作"的電機(jī)，只要能夠控制旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速等，無論什么機(jī)制的電機(jī)都被稱為"伺服電機(jī)"。

　　因此，有時也會將步進(jìn)電機(jī)和無鐵芯電機(jī)包括在伺服電機(jī)里，在此，我們對裝配了編碼器(旋轉(zhuǎn)檢測器)，并根據(jù)該信息使用驅(qū)動器控制速度和位置(角度)的伺服電機(jī)類型進(jìn)行說明。

　　伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的區(qū)別

　　步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)一樣，配備了通過接受外部信號控制旋轉(zhuǎn)角度的機(jī)構(gòu)，它們都可以執(zhí)行設(shè)備類的定位等操作，但是具有下列區(qū)別。

　　1.控制方式

　　伺服電機(jī)通過編碼器(旋轉(zhuǎn)檢測器)檢測出旋轉(zhuǎn)位置，并將編碼器檢測到的信息反饋給控制器來控制位置。因此能夠?qū)崿F(xiàn)高精度停止，即使是在旋轉(zhuǎn)過程中停止，如果位置有偏差也能返回原來的位置。另一方面，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，驅(qū)動器通過從控制器接收這個脈沖信號來控制位置。因此，其實它并不需要檢測位置的機(jī)構(gòu)，也就無法識別位置的偏差。所以可能會因意外的負(fù)載波動等原因而發(fā)生失步(指示的旋轉(zhuǎn)角度與電機(jī)旋轉(zhuǎn)不同步的狀態(tài))。

　?、偎欧姍C(jī)

　　程序→控制器(脈沖信號)→驅(qū)動器(電流轉(zhuǎn)換)→電機(jī)→編碼器(編碼器信號)→驅(qū)動器(動作信息)→控制器

　　②步進(jìn)電機(jī)

　　程序→控制器(脈沖信號)→驅(qū)動器(電流轉(zhuǎn)換)→電機(jī)

　　2.扭矩/轉(zhuǎn)速

　　伺服電機(jī)在低速區(qū)域和高速區(qū)域均能產(chǎn)生穩(wěn)定扭矩，因此可以實現(xiàn)高速運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)只是在低速區(qū)域能夠產(chǎn)生較高的扭矩，在高速區(qū)域扭矩減小，因此不適合高速旋轉(zhuǎn)的用途。

　　3.成本

　　伺服電機(jī)因為需要使用昂貴的旋轉(zhuǎn)編碼器和伺服控制裝置(伺服驅(qū)動器)，成本比步進(jìn)電機(jī)更高。

　　4.加速性能

　　步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。

　　伺服電機(jī)的歷史

　　伺服電機(jī)技術(shù)隨著工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)步而有顯著發(fā)展。

　　美國從20世紀(jì)50年代起重視工廠的自動化，并開始了以皮帶輸送機(jī)、自動化裝置、工業(yè)機(jī)器人等為代表的自動化進(jìn)程。初期的自動化裝置和工業(yè)機(jī)器人的執(zhí)行器使用液壓和氣壓定位，存在精度、使用的穩(wěn)定性、管線、漏油漏氣等課題。

　　之后，隨著20世紀(jì)50?60年代DC伺服電機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，實用性不斷提高，它開始用于工業(yè)機(jī)器人，以替代存在問題的液壓和氣壓機(jī)構(gòu)。

　　到了20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了AC伺服電機(jī)，機(jī)器人有了追求更小更輕的趨勢等，AC伺服電機(jī)因其較高的實用性，現(xiàn)如今幾乎應(yīng)用在所有工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備類產(chǎn)品上。

　　伺服電機(jī)的類型

　　伺服電機(jī)可以分為DC伺服電機(jī)和AC伺服電機(jī)兩類。

　　DC伺服電機(jī)

　　由帶刷DC(直流)電機(jī)驅(qū)動的伺服電機(jī)。DC電機(jī)比AC電機(jī)容易控制，且體積小、價格低，因此以前廣泛使用，但是隨著AC電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在使用的機(jī)會越來越少了。

　　AC伺服電機(jī)

　　由AC(交流)電機(jī)驅(qū)動的伺服電機(jī)。其控制比DC電機(jī)復(fù)雜，但是隨著控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)是使用最普遍的伺服電機(jī)了。

　　AC伺服電機(jī)按照驅(qū)動電機(jī)的類型可以分為同步(SM)型和感應(yīng)(IM)型兩類。兩者的區(qū)別在于是否使用永磁體。

　　同步(SM)型使用永磁體。電機(jī)輸出功率越大，昂貴永磁體的使用量也越多，所以成本較高。因此，多用于輸出功率較小的領(lǐng)域(不足10kW)，現(xiàn)如今隨著高性能永磁體的出現(xiàn)，同步型也就成了主流產(chǎn)品。

　　感應(yīng)(IM)型不使用永磁體，用于輸出功率較大的領(lǐng)域(10kW以上)。

　　伺服電機(jī)的用途

　　伺服電機(jī)的優(yōu)勢是精確的定位控制，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人和精密機(jī)械的控制。