科爾摩根伺服電機工作原理

伺服電機的工作原理是什么？伺服電機是一種機電設備，它可以根據(jù)所供應的電流和電壓生成扭矩和速度。伺服電機是閉環(huán)系統(tǒng)的組成部分，根據(jù)伺服控制器利用反饋裝置發(fā)出的命令提供扭矩和速度，以實現(xiàn)閉環(huán)。反饋裝置向伺服控制器提供電流、速度或位置等信息，而伺服控制器則根據(jù)命令參數(shù)調(diào)整電機動作。

伺服電機有各種類型、形狀和尺寸可供選擇。伺服 (servo) 一詞最早是由 Joseph Facort 在 1859 年提出的，他實現(xiàn)了一個協(xié)助蒸汽船控制船舵的反饋機制。伺服機構由三個主要元件組成，即電機、反饋裝置和控制電子裝置，伺服電機就是伺服機構的一個組成部分。電機可以是任何尺寸的交流電機或直流電機、有刷電機或無刷電機、旋轉(zhuǎn)電機或直線電機。反饋裝置可以是電位計、霍爾器件、轉(zhuǎn)速計、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器、線性傳感器或任何其他適當?shù)膫鞲衅?。伺服系統(tǒng)的最后一個組成部分就是控制電子裝置，用于給電機供電，以及比較反饋數(shù)據(jù)和命令參考，以驗證伺服電機是否按照命令運行。伺服電機有許多類型的應用，從簡單的直流電機（用于模型飛機等興趣應用）到精密的無刷電機（由用于多軸加工中心的復雜運動控制器驅(qū)動）。車輛巡航控制系統(tǒng)就是一個常見的伺服機構，由發(fā)動機（電機）、速度傳感器（反饋）和電子設備組成，用于比較車輛速度和設定速度。如果車輛減速，傳感器就會將該數(shù)據(jù)反饋給電子設備，然后電子設備就會增加進入發(fā)動機的氣量，以便將速度提高到所需的設定點，這是一個簡單的閉環(huán)系統(tǒng)。

簡單的工業(yè)伺服電機由永磁直流電機和內(nèi)置轉(zhuǎn)速計組成，轉(zhuǎn)速計用于提供與速度成正比的輸出電壓。驅(qū)動電子設備根據(jù)轉(zhuǎn)速計反饋回來的電壓向電機提供所需的電壓和電流。在這個例子中，命令速度（表示為命令參考電壓）在驅(qū)動器中設置，然后驅(qū)動器中的電路會比較轉(zhuǎn)速計反饋電壓，并判斷是否達到了所需速度，我們稱之為速度閉環(huán)。速度閉環(huán)持續(xù)監(jiān)測命令速度和轉(zhuǎn)速計反饋，同時驅(qū)動器會調(diào)整供應給電機的電源，以保持所需的命令速度。

在更復雜的伺服電機系統(tǒng)中，為達到卓性能，對多個嵌入式環(huán)路進行調(diào)優(yōu)，以提供精確的運動控制。系統(tǒng)由電流環(huán)路、速度環(huán)路和位置環(huán)路組成，這些環(huán)路均采用了精密的反饋元件。每個環(huán)路向后續(xù)環(huán)路發(fā)送信號，并監(jiān)測適當?shù)姆答佋?，從而進行實時更正，以匹配命令參數(shù)。 

電流或扭矩環(huán)路為基本環(huán)路。電流與旋轉(zhuǎn)電機中的扭矩（或直線電機中的力）成正比，從而提供加速度或推力。電流傳感器用于提供流經(jīng)電機的電流反饋信息。傳感器向控制電子裝置回送一個信號，通常是與電機電流成正比的模擬或數(shù)字信號。該信號應從命令信號中除去。當伺服電機的電流達到命令電流值時，環(huán)路將得到滿足，直至電流降至低于命令電流。然后，環(huán)路將增加電流直至達到命令電流值，并以亞秒級的更新速率繼續(xù)循環(huán)。

速度環(huán)路以同樣的方式運行，且電壓與速度成正比。當速度降至低于命令速度時，速度環(huán)路向電流環(huán)路發(fā)送增加電流的命令（從而增加電壓）。

位置環(huán)路接受 PLC 或運動控制器的命令，然后 PLC 或運動控制器提供反饋至速度環(huán)路的速度命令，而速度環(huán)路又發(fā)出所需電流的命令，使電機以加速、保持原速或減速的方式移動至命令位置。這三個環(huán)路以經(jīng)過優(yōu)化的同步方式運行，以平穩(wěn)精確地控制伺服機構。