伺服驱动系统的原理与种类

伺服电机是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件，很多第一次接触到这个产品的朋友肯定一头雾水，不知道它到底是什么。

下面小编就给大家详细介绍一下到底伺服电机是什么东西以及它的分类。

伺服电动机（或称执行电动机）是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件。

其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度。

按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。

一、交流伺服电动机结构和原理交流伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机相似，它的定子上装有两个在空间相差90°电角度的绕组，即励磁绕组和控制绕组。

运行时励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压，控制绕组上则加大小或相位随信号变化的控制电压。

转子的结构形式笼型转子和空心杯型转子两种。

笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同，但转子做的细长，转子导体用高电阻率的材料作成。

其目的是为了减小转子的转动惯量，增加启动转矩对输入信号的快速反应和克服自转现象。

空心杯形转子交流伺服电动机的定子分为外定子和内定子两部分。

外定子的结构与笼型交流伺服电动机的定子相同，铁心槽内放有两相绕组。

空心杯形转子由导电的非磁性材料（如铝）做成薄壁筒形，放在内、外定子之间。

杯子底部固定于转轴上，杯臂薄而轻，厚度一般在0.2—0.8mm，因而转动惯量小，动作快且灵敏。

交流伺服电动机的工作原理和单相异步电动机相似，LL是有固定电压励磁的励磁绕组，LK是有伺服放大器供电的控制绕组，两相绕组在空间相差90°电角度。

如果IL与Ik 的相位差为90°，而两相绕组的磁动势幅值又相等，这种状态称为对称状态。

与单相异步电动机一样，这时在气隙中产生的合成磁场为一旋转磁场，其转速称为同步转速。

旋转磁场与转子导体相对切割，在转子中产生感应电流。

转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩，使转子旋转。

如果改变加在控制绕组上的电流的大小或相位差，就破坏了对称状态，使旋转磁场减弱，电动机的转速下降。

伺服驱动器的种类和特点伺服驱动器作为现代工业中广泛应用的控制系统之一，具有其独特的种类和特点。

在本文中，我们将介绍伺服驱动器的种类和各种驱动器的不同特点。

1. 直流伺服驱动器直流伺服驱动器是最早应用于伺服系统的一种驱动器，有着成熟的技术和广泛的应用。

它由电机、编码器、控制原理等构成。

直流伺服驱动器具有响应速度快、精度高、转矩平稳等特点，但其使用寿命短、易损件多、驱动器本身波动等问题也依然存在。

2. 交流伺服驱动器交流伺服驱动器是伺服驱动器的另一种类型，在应用中也十分广泛。

它由交流电机、编码器、控制原理等组成。

交流伺服驱动器具有控制精度高、结构简单、使用寿命长等特点。

而其缺点在于响应速度慢、抗干扰能力差等。

3. 基于步进电机的闭环伺服驱动器基于步进电机的闭环伺服驱动器，是在步进电机上进行改进后发展起来的一种伺服驱动器。

它将步进电机闭环反馈技术和伺服驱动器控制系统相结合，提高了步进电机的位置和速度控制精度，同时不需要专门的电机驱动器，构造简单，成本低，是一种比较重要的技术创新方向。

4. 串列伺服驱动器串列伺服驱动器是一种数字式的伺服驱动器，它具有响应速度快、定位精度高等特点。

该驱动器内部采用串列通信，可以通过上位机实现远程通信控制，广泛应用于机床、切割机、印刷机等设备中。

5. 多轴伺服驱动器多轴伺服驱动器是一种可以同时控制多个伺服驱动电机的设备。

多轴伺服驱动器一般由中央控制器、插补控制器、驱动板等构成，可以实现多个伺服电机的联动控制和同步运动。

在工业机器人、自动化生产线等领域中，多轴伺服驱动器被广泛使用，是未来智能制造的重要组成部分。

总之，伺服驱动器具有响应速度快、精度高、结构简单等明显特点，不同类型的伺服驱动器在控制精度、控制能力、适用范围等方面存在差异和特点。

在应用和选择时，需要根据具体需求进行选择和搭配，以便更好地发挥伺服驱动器在工业自动化和控制领域的作用。

伺服驱动系统设计方案伺服电机的原理：伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。

与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。

定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动控制的u／V／W三相电形成电磁场转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决定于编码器的精度{线数)。

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降作用：伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。

交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。

但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。

而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。

交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：1、起动转矩大由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。

它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。

因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。

图3 伺服电动机的转矩特性2、运行范围较宽如图3所示，较差率S在0到1的范围内伺服电动机都能稳定运转。

3、无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。

当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）如图4所示，与普通的单相异步电动机的转矩特性（图中T′－S曲线）不同。

伺服工作原理
伺服工作原理是指通过运用反馈控制原理，使系统能够实时地根据所需输出值进行调整和校正，以达到精确控制输出的目的。

伺服系统主要包括信号调整器、执行器和反馈装置三个主要组成部分。

其中，信号调整器负责将输入信号进行放大、加工和调整，生成合适的控制信号。

执行器接收来自信号调整器的控制信号，并将其转化为相应的动作或力，以实现所需的运动或输出。

反馈装置监测执行器的输出，并将实际输出值反馈给信号调整器，用于校正和调整控制信号，以使输出更加准确。

在伺服系统中，最常见的反馈装置是编码器。

编码器通过测量旋转角度或线性位移的变化来获取系统的实际输出值，并将其转化为脉冲信号输出。

这些脉冲信号回传给信号调整器，用于比较和校正与期望输出值之间的差距，并生成修正后的控制信号。

当系统工作时，信号调整器将输入信号与反馈信号进行比较，并生成误差信号。

误差信号经过放大和滤波处理后，送入执行器，使其作出相应的调整。

执行器将调整后的输出力或运动传递到负载上，实现所需的运动或输出。

通过反复的比较和调整过程，伺服系统能够实现精确控制输出，并能够在外界干扰或负载变化的情况下自动校正。

伺服系统广泛应用于工业自动化、机器人技术、机械加工、医疗设备等领域，为各种精密控制提供强大支持。

伺服驱动系统原理
伺服驱动系统的工作原理主要包含以下几个步骤：
1. 输入信号处理：伺服驱动系统接收来自控制器的输入信号，这些信号通常是模拟或数字信号。

输入信号经过处理后将传递给驱动器。

2. 反馈信号采集：伺服驱动系统通过反馈装置采集伺服电机的位置或速度信息。

这些反馈信号将用于控制伺服电机的运动。

3. 误差计算：伺服驱动系统将输入信号和反馈信号进行比较，计算出误差。

误差是控制器用来调整驱动器输出信号的基础。

4. 功率驱动单元：功率驱动单元通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。

再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动交流伺服电机。

这个过程可以简单的理解为AC-DC-AC的过程。

5. 控制方式：伺服驱动器一般都有三种控制方式：位置控制方式、转矩控制方式、速度控制方式。

总的来说，伺服驱动系统是一个非常复杂的系统，其工作原理涉及多个环节和步骤。

如需了解更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。

伺服电机内部结构及其⼯作原理伺服电机⼯作原理伺服电机原理⼀、交流伺服电动机交流伺服电动机定⼦的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定⼦上装有两个位置互差90°的绕组，⼀个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另⼀个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。

所以交流伺服电动机⼜称两个伺服电动机。

交流伺服电动机的转⼦通常做成⿏笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，⽆“⾃转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相⽐，应具有转⼦电阻⼤和转动惯量⼩这两个特点。

⽬前应⽤较多的转⼦结构有两种形式：⼀种是采⽤⾼电阻率的导电材料做成的⾼电阻率导条的⿏笼转⼦，为了减⼩转⼦的转动惯量，转⼦做得细长；另⼀种是采⽤铝合⾦制成的空⼼杯形转⼦，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减⼩磁路的磁阻，要在空⼼杯形转⼦内放置固定的内定⼦.空⼼杯形转⼦的转动惯量很⼩，反应迅速，⽽且运转平稳，因此被⼴泛采⽤。

交流伺服电动机在没有控制电压时，定⼦内只有励磁绕组产⽣的脉动磁场，转⼦静⽌不动。

当有控制电压时，定⼦内便产⽣⼀个旋转磁场，转⼦沿旋转磁场的⽅向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的⼤⼩⽽变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。

交流伺服电动机的⼯作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转⼦电阻⽐后者⼤得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相⽐，有三个显著特点：1、起动转矩⼤由于转⼦电阻⼤，其转矩特性曲线如图3中曲线1所⽰，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相⽐，有明显的区别。

它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，⽽且具有较⼤的起动转矩。

因此，当定⼦⼀有控制电压，转⼦⽴即转动，即具有起动快、灵敏度⾼的特点。

2、运⾏范围较⼴3、⽆⾃转现象正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机⽴即停⽌运转。

当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运⾏状态，由于转⼦电阻⼤，定⼦中两个相反⽅向旋转的旋转磁场与转⼦作⽤所产⽣的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）交流伺服电动机的输出功率⼀般是0.1-100W。