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伺服电机的工作原理是如何工作的?

发表时间:2021-06-09 15:43【

伺服电机

  伺服电机是如何工作的?伺服电机是一种机电设备,可以根据提供的电流和电压产生扭矩和速度。伺服电机作为闭环系统的一部分工作,根据伺服控制器的指令提供扭矩和速度,并使用反馈装置来闭环。反馈装置向伺服控制器提供电流、速度或位置等信息,伺服控制器根据指令参数调整电机动作。


  伺服电机有多种类型、形状和尺寸可供选择。1859年,Joseph Facort首次使用伺服一词,他实施了一种反馈机制来帮助用蒸汽操纵船舶以控制方向舵。伺服电机是伺服机构的一部分,由电机、反馈装置和控制电子装置三个关键部件组成。电机可以是交流或直流,有刷或无刷,旋转或线性,以及任何尺寸。反馈装置可以是电位计、霍尔效应装置、转速计、旋转变压器、编码器、线性传感器或任何其他合适的传感器。完成伺服系统的是控制电子设备,它为电机供电并将反馈数据与指令参考进行比较,以验证伺服电机是否按指令运行。


  伺服电机的应用有很多种,从用于业余爱好应用(例如模型飞机)的简单直流电机到用于多轴加工中心的复杂运动控制器驱动的复杂无刷电机。


  常见的伺服机构的一个例子是车辆巡航控制,它由发动机(电机)、速度传感器(反馈)和将车速与设定速度进行比较的电子设备组成。如果车辆减速,传感器会将这些数据提供给电子设备,电子设备反过来会增加发动机中的气体量,以将速度提高到所需的设定点——一个简单的闭环系统。

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  一个简单的工业伺服电机由一个永磁直流电机和一个集成的转速计组成,它可以提供与速度成正比的输出电压。驱动电子设备根据转速计反馈的电压为电机提供必要的电压和电流。在这个例子中,指令速度(表示为指令参考电压)在驱动器中设置,然后驱动器中的电路比较转速计反馈电压并确定是否达到了所需的速度,称为速度闭环。速度环监控指令速度和转速计反馈,而驱动器调整电机的功率以维持所需的指令速度。


  在更复杂的伺服电机系统中,将调整多个嵌入式回路以获得最佳性能,以提供精确的运动控制。该系统由使用精密反馈元件的电流、速度和位置环组成。每个循环向后续循环发送信号并监视适当的反馈元件以进行实时校正以匹配命令参数。

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  基本电路是电流或转矩电路。电流与旋转电机中的扭矩(或线性电机中的力)成正比,后者提供加速度或推力。电流传感器是一种提供与流过电机的电流相关的反馈的装置。传感器将信号发送回控制电子设备——通常是与电机电流成比例的模拟或数字信号。从命令信号中减去该信号。当伺服电机处于指令电流时,将满足循环,直到电流降至指令电流以下。然后循环将增加电流直到达到命令电流,并且循环将以亚秒更新速率继续。


  速度环的工作原理相同,电压与速度成正比。当速度低于指令速度时,速度环向电流环发送指令增加电流(从而增加电压)。


  位置环接受来自PLC或运动控制器的命令,后者又提供速度命令,该命令被馈送到速度环,后者又命令所需的电流来加速、保持和减速电机以移动到命令位置。所有三个回路都以优化的同步方式工作,以提供对伺服机构的平滑和精确控制。