直接驅(qū)動(dòng)型直線伺服電機(jī)（執(zhí)行器）的工作原理是什么？

直接驅(qū)動(dòng)型直線執(zhí)行器使用永磁直線伺服電機(jī)，可基于供電電流和電壓生成推力和速度，并沿著被驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。直線伺服電機(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)出的命令提供推力和速度，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。簡而言之，直線伺服電機(jī)的性能與旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)相同，只是直線伺服電機(jī)是以平直的方式轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)內(nèi)的各種反饋裝置可向伺服控制器提供電機(jī)線圈的電流、速度或位置等信息，而伺服控制器則可根據(jù)命令參數(shù)調(diào)整電機(jī)動(dòng)作。直線伺服電機(jī)是一種直接驅(qū)動(dòng)解決方案，其中負(fù)載直接連接到電機(jī)的移動(dòng)部分。

直接驅(qū)動(dòng)型直線電機(jī)有多種配置（鐵芯、U 形通道、管件），但最終的工作原理都相同。直接驅(qū)動(dòng)型直線執(zhí)行器是伺服機(jī)構(gòu)的組成部分，伺服機(jī)構(gòu)由五個(gè)關(guān)鍵要素組成：線圈或驅(qū)力器、磁路或磁軸、反饋裝置、包含線性軸承的機(jī)械元件和支架，由伺服驅(qū)動(dòng)裝置或控制器驅(qū)動(dòng)。反饋裝置通常是線性標(biāo)尺，如線性編碼器或傳感器，也可以是電位計(jì)、霍爾器件、轉(zhuǎn)速計(jì)、LVDT 或任何其他適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌C(jī)械元件引導(dǎo)驅(qū)力器或線圈沿磁路運(yùn)動(dòng)，保持線圈與磁鐵之間適當(dāng)?shù)臍庀?。伺服系統(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)證直線伺服電機(jī)是否按照命令運(yùn)行。直接驅(qū)動(dòng)型直線電機(jī)應(yīng)用存在許多類型，從簡單的 X-Y 段到復(fù)雜的龍門架系統(tǒng)，例如，由復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)的多軸激光切割機(jī)。

類似于我們近期發(fā)表的“伺服電機(jī)工作原理”博客文章中所述，可以對多個(gè)嵌入式電機(jī)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)。

電流或推力環(huán)路為基本環(huán)路。電流與直線伺服電機(jī)的推力成正比，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)控制器提供一個(gè)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)到命令位置。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)精確地控制直接驅(qū)動(dòng)型伺服電機(jī)。