伺服電機(jī)是一種專門設(shè)計(jì)用于精確控制位置、速度和加速度的電動(dòng)機(jī)。它通常與伺服驅(qū)動(dòng)器（也稱為伺服放大器或伺服控制器）一起使用，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠提供高精度的運(yùn)動(dòng)控制，并且廣泛應(yīng)用于機(jī)器人技術(shù)、CNC機(jī)床、自動(dòng)化裝配線、印刷設(shè)備以及各種需要精確定位的應(yīng)用中。

工作原理概述

伺服電機(jī)，也稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中扮演執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角色，負(fù)責(zé)將接收到的電信號轉(zhuǎn)化為電機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。其顯著特征在于，當(dāng)輸入信號電壓為零時(shí)，它不會(huì)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，而且它的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著轉(zhuǎn)矩的增加而均勻下降。

伺服電機(jī)構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，電機(jī)通過減速齒輪組驅(qū)動(dòng)，而齒輪組的輸出端則帶動(dòng)一個(gè)線性比例電位器來進(jìn)行位置檢測。這個(gè)電位器將轉(zhuǎn)動(dòng)角度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，并將此電壓反饋給控制電路板。控制電路板將反饋的電壓與輸入的控制脈沖信號進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生校正脈沖，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向或反向旋轉(zhuǎn)，以確保齒輪組的輸出位置達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)值，使校正脈沖逐漸減少至零，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的精確定位。

在伺服電機(jī)內(nèi)部，轉(zhuǎn)子是由永磁材料制成的，而驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電流產(chǎn)生了一個(gè)電磁場，使得轉(zhuǎn)子在該磁場中旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，電機(jī)內(nèi)置的編碼器將反饋信號傳送給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)這些反饋信號和目標(biāo)值進(jìn)行對比，進(jìn)而調(diào)整轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。因此，伺服電機(jī)的定位精度主要取決于編碼器的精度（線數(shù)）。

指令輸入 - 伺服系統(tǒng)的工作開始于一個(gè)外部命令，這個(gè)命令可以是一個(gè)期望的位置、速度或者加速度。這個(gè)命令通常來自于一個(gè)更高級別的控制系統(tǒng)，如PLC、工業(yè)PC或?qū)Ｓ玫倪\(yùn)動(dòng)控制器。

比較與計(jì)算 - 當(dāng)外部命令被發(fā)送到伺服驅(qū)動(dòng)器時(shí)，它會(huì)與編碼器等傳感器提供的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行比較。如果存在差異，伺服驅(qū)動(dòng)器會(huì)根據(jù)這個(gè)差異計(jì)算出必要的調(diào)整量，以便電機(jī)達(dá)到指定的位置或速度。

功率轉(zhuǎn)換與放大 - 伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部包含電力電子器件，它們負(fù)責(zé)將標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)電源轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏餍问絹眚?qū)動(dòng)電機(jī)。這通常涉及到PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號的使用，它可以精確地控制流向電機(jī)繞組的電流量。

電機(jī)響應(yīng) - 經(jīng)過調(diào)整后的電能被供應(yīng)到伺服電機(jī)，使其按照指定的方向和速度轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服電機(jī)通常是永磁同步電機(jī)，具有較高的效率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。

位置反饋 - 隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器或其他位置傳感器會(huì)持續(xù)監(jiān)測電機(jī)軸的實(shí)際位置，并將這一信息實(shí)時(shí)反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器。這樣，驅(qū)動(dòng)器就可以持續(xù)比較實(shí)際位置和目標(biāo)位置之間的差距，并進(jìn)行必要的調(diào)整。

通過上述過程，伺服電機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)極高的精度和響應(yīng)速度。由于其出色的性能，伺服電機(jī)在許多要求嚴(yán)格的工業(yè)應(yīng)用中成為首選。此外，現(xiàn)代伺服系統(tǒng)還具有自我診斷和故障保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器變得更加高效、智能化，使得它們能夠適應(yīng)更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制需求。