什么是伺服电机及其工作原理？

您有没有想过如何控制通常用于军事应用的带有炸弹扣留装置的机器人车辆，或者金属切割和成型机如何为金属制造的铣削、车床和弯曲提供精确的运动，或者天线定位系统如何控制方位和方向的精度？海拔？伺服电机应用常用于闭环系统，其中工业和商业应用中常见的精确位置控制。什么是步进电机及其工作原理，以及本课，您将了解使用不同类型电机（主要是步进电机和伺服电机）的运动控制。在本课中，我们将讨论什么是伺服电机及其工作原理，因此让我们首先确定什么是伺服电机并检查伺服电机类型及其应用的一些独特之处。

伺服电机基础

让我们从伺服电机的基础知识开始。伺服电机是闭环系统的一部分，由几个部分组成，即控制电路、伺服电机、轴、电位器、驱动齿轮、放大器以及编码器或旋转变压器。伺服电机是一种独立的电气设备，可以高效、高精度地旋转机器的部件。该电机的输出轴可以移动到普通电机没有的特定角度、位置和速度。伺服电机使用普通电机并将其与传感器耦合以进行位置反馈。控制器是专门为此目的而设计和使用的伺服电机中重要的部分。伺服电机是一种闭环机构，它结合了位置反馈以控制旋转或线性速度和位置。电机由模拟或数字电信号控制，该信号确定代表轴指令位置的运动量。一种编码器用作提供速度和位置反馈的传感器。该电路内置于通常装有齿轮系统的电机外壳内。

伺服电机的种类

伺服电机的类型根据其应用分为不同类型，例如交流伺服电机和直流伺服电机。评估伺服电机需要考虑三个主要因素。首先基于它们的电流类型——交流或直流，其次基于所使用的换向类型，电机是否使用电刷，第三种类型的考虑是电机的旋转磁场、转子、旋转是同步还是异步。让我们讨论第一个伺服考虑因素。交流或直流考虑是基于电机将使用的电流类型的基本的电机分类。从性能的角度来看，交流和直流电机之间的主要区别在于控制速度的继承能力。对于直流电机，速度与恒定负载的电源电压成正比。而在交流电机中，速度由施加电压的频率和磁极数决定。虽然交流和直流电机都用于伺服系统，但交流电机将承受更高的电流，并且更常用于伺服应用，例如机器人、在线制造和其他需要高重复性和高精度的工业应用。下一步是拉丝或无刷。直流伺服电机通过有刷、使用换向器或无刷电子方式进行机械换向。有刷电机通常更便宜，操作更简单，而无刷设计更可靠，泛亚电竞更高，噪音更小。换向器是一种旋转式电气开关，它周期性地反转转子和驱动电路之间的电流方向。它由转子上的多个金属接触段组成的圆柱体组成。由柔软的导电材料（例如碳）制成的两个或多个称为“电刷”的电触点压在换向器上，在换向器旋转时与换向器的部分滑动接触。虽然伺服系统中使用的大多数电机都是交流无刷设计，但有时采用有刷永磁电机作为伺服电机，因为它们简单且成本低。

伺服应用中常见的有刷直流电机类型是永磁直流电机。

无刷直流电机用实现换向的电子方式代替物理电刷和换向器，通常通过使用霍尔效应传感器或编码器。交流电机通常是无刷的，但也有一些设计——例如通用电机，它可以使用交流或直流电源运行，确实有电刷并通过机械换向。要考虑的分类是伺服电机应用将使用同步还是异步旋转场。虽然直流电机通常分为有刷或无刷电机，但交流电机通常根据其旋转同步或异步场的速度来区分。如果我们回忆一下 AC-DC 的考虑，在交流电机中，速度由电源电压的频率和磁极数决定。该速度称为同步速度。因此，在同步电机中，转子以与定子旋转磁场相同的速度旋转。然而，在异步电机（通常称为感应电机）中，转子以比定子旋转磁场慢的速度旋转。然而，异步电动机的速度可以通过多种控制方法来改变，例如改变极数和改变频率，仅举几例。直流伺服电机的工作原理是由直流电机、位置传感装置、齿轮总成和控制电路四大部件构成。直流电机的所需速度取决于施加的电压。为了控制电机速度，电位计产生一个电压，作为误差放大器的输入之一。在一些电路中，控制脉冲用于产生与电机所需位置或速度相对应的直流参考电压，并将其施加到脉宽电压转换器。脉冲的长度决定了施加在误差放大器上的电压作为产生所需速度或位置的所需电压。

对于数字控制，PLC或其他泛亚电竞·(中国)官方网站用于根据占空比生成脉冲，以产生更精确的控制。反馈信号传感器通常是电位器，通过齿轮机构产生与电机轴绝对角度相对应的电压。然后在误差比较器放大器的输入端施加反馈电压值。放大器将从电位计反馈产生的电机当前位置产生的电压与产生正电压或负电压误差的电机所需位置进行比较。该误差电压施加到电机的电枢上。随着误差的增加，施加到电机电枢的输出电压也会增加。只要存在误差，比较器放大器就会放大误差电压并相应地为电枢供电。电机旋转直到误差变为零。如果误差为负，则电枢电压反向，因此电枢沿相反方向旋转。交流伺服电机的工作原理基于两种不同类型的交流伺服电机的结构，它们是同步和异步（感应）。同步交流伺服电机由定子和转子组成。定子由圆柱形框架和定子铁芯组成。缠绕在定子芯上的电枢线圈和线圈连接到引线，电流通过该引线。