伺服電機(jī)工作原理與控制伺服電機(jī)工作原理
伺服電機(jī)的工作原理--
有些發(fā)明確實(shí)改變了我們使用某些東西的方式。一個(gè)這樣的發(fā)明是伺服電機(jī)。幸運(yùn)的是，這個(gè)小電機(jī)已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了！許多人不知道存在許多伺服電機(jī)應(yīng)用。從打印機(jī)到玩具車，所有的東西都使用伺服電機(jī)。
伺服電機(jī)以其體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)受到廣大用戶的歡迎。雖然還有幾種電機(jī)類型需要考慮，但伺服電機(jī)通常是最常用的電機(jī)，具有綜合功能、節(jié)能、精度和強(qiáng)大的功能。
在更廣泛的范圍內(nèi)，伺服電機(jī)可廣泛應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用和機(jī)器人。讓我們更詳細(xì)地討論伺服電機(jī)，以便您可以決定它是否值得考慮用于需要它的運(yùn)動(dòng)控制項(xiàng)目或應(yīng)用程序。
什么是伺服電機(jī)--
伺服電機(jī)是帶有位置反饋機(jī)構(gòu)的閉環(huán)機(jī)構(gòu)，用于控制旋轉(zhuǎn)/線速度和位置。電信號(hào)控制電機(jī)，調(diào)整運(yùn)動(dòng)，并指定輸出軸的最終指令位置。
伺服電機(jī)是如何工作的--
你有沒(méi)有拿起一個(gè)小伺服電機(jī)，想知道它是如何工作的？這么小的東西怎么能驅(qū)動(dòng)像玩具汽車這樣簡(jiǎn)單的東西，或者像軍事機(jī)器人這樣復(fù)雜的東西？伺服系統(tǒng)的工作模式并不像你想象的那么復(fù)雜。如果您了解基本組件，您將了解這一點(diǎn)。
以下是構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)的不同部件的細(xì)分：
-電機(jī)：電機(jī)通過(guò)軸產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。
-反饋傳感器：用于向控制單元反饋角度/線性位置、速度或電流值的傳感器（編碼器）。
-控制電路：串聯(lián)電機(jī)電路使用電脈沖控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
-驅(qū)動(dòng)齒輪s：該齒輪可提高或降低電機(jī)的速度和扭矩。
在我們解釋伺服電機(jī)如何工作之前，了解什么是“閉環(huán)系統(tǒng)”很重要。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)全自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中控制動(dòng)作取決于輸出。非常簡(jiǎn)單，電機(jī)連接到反饋傳感器。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器提供反饋信息，允許控制電路調(diào)整軸的移動(dòng)量和軸需要移動(dòng)的方向。當(dāng)軸移動(dòng)到所需位置時(shí)，這稱為命令位置。一旦電機(jī)軸處于所需位置，電機(jī)將停止供電。電脈沖通過(guò)信號(hào)線發(fā)送所需位置。
由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與實(shí)際位置和所需位置有關(guān)，因此，如果電機(jī)靠近該位置，電機(jī)轉(zhuǎn)速將變慢；如果電機(jī)遠(yuǎn)離該位置，電機(jī)轉(zhuǎn)速將變快。因此，電機(jī)將僅以完成請(qǐng)求任務(wù)所需的速度運(yùn)行，從而使其非常高效。為了使伺服電機(jī)有效工作，建議使用外部電源。它很容易使用平均12/24伏的電源，這類似于用于為標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)充電的電源。運(yùn)行工業(yè)機(jī)器的大型伺服電機(jī)使用齒輪箱實(shí)現(xiàn)并保持正確的輸出扭矩。
大多數(shù)伺服應(yīng)用在齒輪比為5:1、10:1甚至高達(dá)100:1的情況下運(yùn)行。伺服電機(jī)使用電磁閥產(chǎn)生扭矩。永磁體位于轉(zhuǎn)子上，固定電磁鐵環(huán)繞實(shí)際轉(zhuǎn)子。因?yàn)樗欧且粋€(gè)矢量驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電機(jī)，它由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而不是永久磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)主要比便宜的同類產(chǎn)品更強(qiáng)大。憑借其高性能輸出和能源效率，它們也非常耐用。
如何控制伺服電機(jī)--
伺服電機(jī)通過(guò)控制線發(fā)送電脈沖或可變寬度的脈寬調(diào)制（PWM）進(jìn)行控制。通常，PWM信號(hào)將被控制以使電機(jī)以一定的速度、位置或輸出扭矩旋轉(zhuǎn)。在一般應(yīng)用中，伺服電機(jī)只能選擇一種控制功能。然而，最常見(jiàn)和廣泛使用的控制類型是位置控制。在高精度應(yīng)用中，絕對(duì)編碼器可用于定義伺服電機(jī)的原點(diǎn)。控制IC將向電機(jī)發(fā)送相關(guān)PWM電流，以確定軸的位置。根據(jù)編碼器提供的反饋信息，轉(zhuǎn)子將最終旋轉(zhuǎn)到所需位置。
例如，直流伺服電機(jī)使用脈沖進(jìn)行位置控制。對(duì)于每個(gè)給定的脈沖，電機(jī)將以一定角度旋轉(zhuǎn)。對(duì)于連續(xù)脈沖，伺服電機(jī)將根據(jù)脈沖頻率計(jì)算的速度旋轉(zhuǎn)，速度可達(dá)到12K rpm。只要定義了脈沖的頻率，電機(jī)就會(huì)以穩(wěn)定的速度或預(yù)定義的位置旋轉(zhuǎn)。脈沖頻率-時(shí)間曲線必須是平滑曲線，以便伺服電機(jī)能夠準(zhǔn)確地找到其目標(biāo)位置。
當(dāng)控制伺服電機(jī)的實(shí)際速度時(shí)，您應(yīng)該知道它不是典型的速度控制。實(shí)際上，你只需要發(fā)送一個(gè)伺服連續(xù)位置信號(hào)。然后伺服系統(tǒng)嘗試盡快到達(dá)該位置。通過(guò)發(fā)送一系列低頻位置信號(hào)，可以輕松降低速度。
伺服電機(jī)效率--
無(wú)論您是出于簡(jiǎn)單的愛(ài)好還是更多的工業(yè)目的使用電機(jī)，節(jié)能都是首選方式。幸運(yùn)的是，伺服電機(jī)非常節(jié)能。但是，是什么讓伺服電機(jī)如此節(jié)能呢？
對(duì)于起動(dòng)器，其設(shè)計(jì)和制造不同于步進(jìn)電機(jī)。另一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別是永磁體的強(qiáng)度。更強(qiáng)的磁鐵可以很容易地將電機(jī)長(zhǎng)度減少20%，然后同時(shí)將扭矩至少增加50%。磁電機(jī)通常具有較高的抗退磁能力。由于扭矩密度指的是發(fā)動(dòng)機(jī)可能施加的最合理負(fù)載，因此高扭矩電機(jī)將提高伺服電機(jī)的效率。在大多數(shù)情況下，效率在曲線中。
由于扭矩曲線用于調(diào)整工作速度，電壓的增加將增加工作速度范圍。就工作速度而言，伺服電機(jī)在40%到90%的失速扭矩范圍內(nèi)非常有效。總之，伺服電機(jī)的效率應(yīng)超過(guò)85%。這當(dāng)然可以通過(guò)所使用的伺服應(yīng)用程序來(lái)改變。
因此，在力矩電機(jī)方面，伺服必須更好。與其他更便宜的電機(jī)相比，伺服電機(jī)是通過(guò)將更多的導(dǎo)線纏繞到疊片中來(lái)制造的。這意味著齒之間的空間被填滿。通常，油箱加注量越高，扭矩越大，效率越高。據(jù)估計(jì)，以這種方式制造電機(jī)可以將效率提高至少85%。
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