科爾摩根伺服電機(jī)工作原理

伺服電機(jī)的工作原理是什么？伺服電機(jī)是一種機(jī)電設(shè)備，它可以根據(jù)所供應(yīng)的電流和電壓生成扭矩和速度。伺服電機(jī)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(shí)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(jī)動(dòng)作。

伺服電機(jī)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(shí)現(xiàn)了一個(gè)協(xié)助蒸汽船控制船舵的反饋機(jī)制。伺服機(jī)構(gòu)由三個(gè)主要元件組成，即電機(jī)、反饋裝置和控制電子裝置，伺服電機(jī)就是伺服機(jī)構(gòu)的一個(gè)組成部分。電機(jī)可以是任何尺寸的交流電機(jī)或直流電機(jī)、有刷電機(jī)或無刷電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)或直線電機(jī)。反饋裝置可以是電位計(jì)、霍爾器件、轉(zhuǎn)速計(jì)、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器、線性傳感器或任何其他適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌Ｋ欧到y(tǒng)的最后一個(gè)組成部分就是控制電子裝置，用于給電機(jī)供電，以及比較反饋數(shù)據(jù)和命令參考，以驗(yàn)證伺服電機(jī)是否按照命令運(yùn)行。伺服電機(jī)有許多類型的應(yīng)用，從簡(jiǎn)單的直流電機(jī)（用于模型飛機(jī)等興趣應(yīng)用）到精密的無刷電機(jī)（由用于多軸加工中心的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)）。車輛巡航控制系統(tǒng)就是一個(gè)常見的伺服機(jī)構(gòu)，由發(fā)動(dòng)機(jī)（電機(jī)）、速度傳感器（反饋）和電子設(shè)備組成，用于比較車輛速度和設(shè)定速度。如果車輛減速，傳感器就會(huì)將該數(shù)據(jù)反饋給電子設(shè)備，然后電子設(shè)備就會(huì)增加進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣量，以便將速度提高到所需的設(shè)定點(diǎn)，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的閉環(huán)系統(tǒng)。

簡(jiǎn)單的工業(yè)伺服電機(jī)由永磁直流電機(jī)和內(nèi)置轉(zhuǎn)速計(jì)組成，轉(zhuǎn)速計(jì)用于提供與速度成正比的輸出電壓。驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)反饋回來的電壓向電機(jī)提供所需的電壓和電流。在這個(gè)例子中，命令速度（表示為命令參考電壓）在驅(qū)動(dòng)器中設(shè)置，然后驅(qū)動(dòng)器中的電路會(huì)比較轉(zhuǎn)速計(jì)反饋電壓，并判斷是否達(dá)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(cè)命令速度和轉(zhuǎn)速計(jì)反饋，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器會(huì)調(diào)整供應(yīng)給電機(jī)的電源，以保持所需的命令速度。

在更復(fù)雜的伺服電機(jī)系統(tǒng)中，為達(dá)到卓性能，對(duì)多個(gè)嵌入式環(huán)路進(jìn)行調(diào)優(yōu)，以提供精確的運(yùn)動(dòng)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(gè)環(huán)路向后續(xù)環(huán)路發(fā)送信號(hào)，并監(jiān)測(cè)適當(dāng)?shù)姆答佋?，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jī)中的扭矩（或直線電機(jī)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(jī)的電流反饋信息。傳感器向控制電子裝置回送一個(gè)信號(hào)，通常是與電機(jī)電流成正比的模擬或數(shù)字信號(hào)。該信號(hào)應(yīng)從命令信號(hào)中除去。當(dāng)伺服電機(jī)的電流達(dá)到命令電流值時(shí)，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(dá)到命令電流值，并以亞秒級(jí)的更新速率繼續(xù)循環(huán)。

速度環(huán)路以同樣的方式運(yùn)行，且電壓與速度成正比。當(dāng)速度降至低于命令速度時(shí)，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(yùn)動(dòng)控制器的命令，然后 PLC 或運(yùn)動(dòng)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(jī)以加速、保持原速或減速的方式移動(dòng)至命令位置。這三個(gè)環(huán)路以經(jīng)過優(yōu)化的同步方式運(yùn)行，以平穩(wěn)精確地控制伺服機(jī)構(gòu)。