伺服電機有哪幾種控制方式？交流伺服電機的應(yīng)用領(lǐng)域介紹！
速度控制和轉(zhuǎn)矩控制都是用模擬量來控制的。位置控制是通過發(fā)脈沖來控制的。具體采用什么控制方式要根據(jù)客戶的要求，滿足何種運動功能來選擇。
如果您對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。
如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。
如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會好一點。
如果本身要求不是很高，或者，基本沒有實時性的要求，用位置控制方式對上位控制器沒有很高的要求。
就伺服驅(qū)動器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運算量最小，驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最快；位置模式運算量最大，驅(qū)動器對控制信號的響應(yīng)最慢。
對運動中的動態(tài)性能有比較高的要求時，需要實時對電機進行調(diào)整。那么如果控制器本身的運算速度很慢（比如PLC，或低端運動控制器），就用位置方式控制。如果控制器運算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動器移到控制器上，減少驅(qū)動器的工作量，提高效率（比如大部分中高端運動控制器）；如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時完全不需要使用伺服電機。
一般說驅(qū)動器控制的好不好，每個廠家的都說自己做的最好，但是現(xiàn)在有個比較直觀的比較方式，叫響應(yīng)帶寬。當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制或者速度控制時，通過脈沖發(fā)生器給他一個方波信號，使電機不斷的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，不斷的調(diào)高頻率，示波器上顯示的是個掃頻信號，當(dāng)包絡(luò)線的頂點到達最高值的70.7%時，表示已經(jīng)失步，此時的頻率的高低，就能顯示出誰的產(chǎn)品牛了，一般的電流環(huán)能作到1000Hz以上，而速度環(huán)只能作到幾十赫茲。
換一種比較專業(yè)的說法：
1、轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對應(yīng)5Nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負(fù)載低于2.5Nm時電機正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5Nm時電機不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時電機反轉(zhuǎn)（通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生）。可以通過即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。
應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。
2、位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。
應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機床、印刷機械等等。
3、速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負(fù)載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負(fù)載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。
4、談?wù)?環(huán)，伺服一般為三個環(huán)控制，所謂三環(huán)就是3個閉環(huán)負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。最內(nèi)的PID環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅(qū)動器內(nèi)部進行，通過霍爾裝置檢測驅(qū)動器給電機的各相的輸出電流，負(fù)反饋給電流的設(shè)定進行PID調(diào)節(jié)，從而達到輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流，電流環(huán)就是控制電機轉(zhuǎn)矩的，所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動器的運算最小，動態(tài)響應(yīng)最快。
第2環(huán)是速度環(huán)，通過檢測的電機編碼器的信號來進行負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)，它的環(huán)內(nèi)PID輸出直接就是電流環(huán)的設(shè)定，所以速度環(huán)控制時就包含了速度環(huán)和電流環(huán)，換句話說任何模式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實際也在進行電流（轉(zhuǎn)矩）的控制以達到對速度和位置的相應(yīng)控制。
第3環(huán)是位置環(huán)，它是最外環(huán)，可以在驅(qū)動器和電機編碼器間構(gòu)建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負(fù)載間構(gòu)建，要根據(jù)實際情況來定。由于位置控制環(huán)內(nèi)部輸出就是速度環(huán)的設(shè)定，位置控制模式下系統(tǒng)進行了所有3個環(huán)的運算，此時的系統(tǒng)運算量最大，動態(tài)響應(yīng)速度也最慢。
伺服電機的使用壽命是多久？
額定轉(zhuǎn)速不用管它，伺服電機有堵轉(zhuǎn)扭矩這一說法，實際就是在1rpm的情況下測定出來的。只有你的電機質(zhì)量沒問題，且使用的時候過載不嚴(yán)重，在承受范圍以內(nèi)，基本不會有什么影響。
電機的壽命主要取決于軸承，軸承算是電機里壽命最短的玩意兒了。你安裝精度高點，同心度好點，放心用吧。真燒了那也是驅(qū)動器的責(zé)任，誰讓它不接溫控保護了。
交流伺服電機的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動機相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點。
目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長;另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子.空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。
01接線
將控制卡斷電，連接控制卡與伺服之間的信號線。以下的線是必須要接的：控制卡的模擬量輸出線、使能信號線、伺服輸出的編碼器信號線。復(fù)查接線沒有錯誤后，電機和控制卡(以及PC)上電。此時電機應(yīng)該不動，而且可以用外力輕松轉(zhuǎn)動，如果不是這樣，檢查使能信號的設(shè)置與接線。用外力轉(zhuǎn)動電機，檢查控制卡是否可以正確檢測到電機位置的變化，否則檢查編碼器信號的接線和設(shè)置。
02試方向
對于一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果反饋信號的方向不正確，后果肯定是災(zāi)難性的。通過控制卡打開伺服的使能信號。這是伺服應(yīng)該以一個較低的速度轉(zhuǎn)動，這就是傳說中的“零漂”。一般控制卡上都會有抑制零漂的指令或參數(shù)。使用這個指令或參數(shù)，看電機的轉(zhuǎn)速和方向是否可以通過這個指令(參數(shù))控制。如果不能控制，檢查模擬量接線及控制方式的參數(shù)設(shè)置。確認(rèn)給出正數(shù)，電機正轉(zhuǎn)，編碼器計數(shù)增加;給出負(fù)數(shù)，電機反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，編碼器計數(shù)減小。如果電機帶有負(fù)載，行程有限，不要采用這種方式。測試不要給過大的電壓，建議在1V以下。如果方向不一致，可以修改控制卡或電機上的參數(shù)，使其一致。
03抑制零漂
在閉環(huán)控制過程中，零漂的存在會對控制效果有一定的影響，最好將其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參數(shù)，仔細(xì)調(diào)整，使電機的轉(zhuǎn)速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機性，所以，不必要求電機轉(zhuǎn)速絕對為零。
伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。
直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便(換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。
交流伺服被應(yīng)用的17個領(lǐng)域
交流伺服驅(qū)動器借鑒并應(yīng)用了變頻的技術(shù)，在直流電機的伺服控制的基礎(chǔ)上通過變頻PWM方式模仿直流電機的控制方式來實現(xiàn)的，也就是說交流伺服電機必然有變頻的這一環(huán)節(jié)。與變頻器一樣，也是將工頻交流電先整流成直流電，然后通過可控制門極的各類晶體管(IGBT，IGCT等)通過載波頻率和PWM調(diào)節(jié)逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，波形類似于正余弦的脈動電。
伺服驅(qū)動器發(fā)展了變頻技術(shù)，在驅(qū)動器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)(變頻器沒有該環(huán))都進行了比一般變頻更精確的控制技術(shù)和算法運算，主要的一點可以進行精確的位置控制。
現(xiàn)在的交流伺服的控制部分采用數(shù)字信號處理器(DSP)作為控制核心，其優(yōu)點是可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，來完成伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，包括力矩、速度和位置等閉環(huán)控制。
交流伺服的應(yīng)用領(lǐng)域：
凡是對位置，速度和力矩的控制精度要求比較高的場合，都可以采用交流伺服驅(qū)動。如機床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機器人、電子、制藥、金融機具、自動化生產(chǎn)線等。因為伺服多用在定位、速度控制場合，所以伺服又稱為運動控制。
1、冶金、鋼鐵—連鑄拉坯生產(chǎn)線、銅桿上引連鑄機、噴印標(biāo)記設(shè)備、冷連軋機，定長剪切、自動送料、轉(zhuǎn)爐傾動。
2、電力、電纜—水輪機調(diào)速器、風(fēng)力發(fā)電機變槳系統(tǒng)、拉絲機、對絞機、高速編織機、卷線機、噴印標(biāo)記設(shè)備等。
3、石油、化工—擠壓機、膠片傳動帶、大型空氣壓縮機、抽油機等。
4、化纖和紡織--紡紗機、精紡機、織機、梳棉機、橫邊機等。
5、汽車制造業(yè)—發(fā)動機零部件生產(chǎn)線、發(fā)動機組裝生產(chǎn)線，整車裝配線、車身焊接線、檢測設(shè)備等。
6、機床制造業(yè)—車床、龍門刨、銑床、磨床、機械加工中心、制齒機等。
7、鑄件制造業(yè)—機械手、轉(zhuǎn)爐傾動、模具加工中心等。
8、橡塑制造業(yè)--塑料壓延機、塑料薄膜袋封切機、注塑機、擠出機、成型機、涂塑復(fù)合機、拉絲機等。
9、電子制造業(yè)—印刷電路板(PCB)設(shè)備、半導(dǎo)體器件設(shè)備(光刻機、晶圓加工機等)、液晶顯示器(LCD)設(shè)備、整機聯(lián)裝及表面貼裝(SMT)設(shè)備、激光設(shè)備(切割機、雕刻機等)、通用數(shù)控設(shè)備、機械手等。
10、造紙業(yè)—紙張傳送設(shè)備、特種紙造紙機械等。
11、食品制造業(yè)—原料加工設(shè)備、灌裝機械、封口機、其他食品包裝及印刷設(shè)備等
12、制藥業(yè)—原料加工機械、制劑機械、飲片機械、印刷及包裝機械等
13、交通—地鐵屏蔽門、電力機車、船舶導(dǎo)航等
14、物流、裝卸、搬運—自動倉庫、搬運車、立體車庫、傳動帶、機器人、起重設(shè)備和搬運設(shè)備等
15、建筑—電梯、傳送帶、自動旋轉(zhuǎn)門、自動開窗等
16、醫(yī)療—CT、X光機、核磁共振MRI等
17、試驗設(shè)備—汽車試驗設(shè)備、扭矩試驗設(shè)備等
總之，學(xué)好伺服驅(qū)動的應(yīng)用，可以設(shè)計出很多產(chǎn)品，而且都是很高端產(chǎn)品，對職業(yè)的發(fā)展意義重大。未來一段時間，我們將著重學(xué)習(xí)伺服驅(qū)動的應(yīng)用。
伺服系統(tǒng)的控制模式有哪幾種？
步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號)，但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。
1、控制精度不同
兩相混合式步進電機步距角一般為1.8°、0.9°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過細(xì)分后步距角更小。如山洋公司(SANYODENKI)生產(chǎn)的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。
交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以山洋全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當(dāng)量的1/655。
2、低頻特性不同
步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進電機工作在低速時，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細(xì)分技術(shù)等。
交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能(FFT)，可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。
3、矩頻特性不同
步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000RPM或3000RPM)以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
4、過載能力不同
步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。
5、運行性能不同
步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。
6、速度響應(yīng)性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。
綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C。
