具有高扭矩能力和精確位置控制的交流伺服電機(jī)
伺服電機(jī)是任何物理自動(dòng)化過(guò)程中極其重要的單元。伺服電機(jī)無(wú)處不在，從工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化、CD驅(qū)動(dòng)器到機(jī)器人。如果我們想自己使用伺服電機(jī)，了解什么是伺服電機(jī)及其工作原理是很重要的。因此，我們將首先研究機(jī)電方面，然后深入探討伺服電機(jī)的控制方面。
伺服電機(jī)又稱(chēng)控制電機(jī)，是一種具有高轉(zhuǎn)矩能力和精確位置控制的電機(jī)。雖然伺服電機(jī)的工作原理與其他電機(jī)相同，但它們的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、工作方式和應(yīng)用領(lǐng)域都有很大的不同。伺服電機(jī)有各種尺寸，從幾分之一瓦到數(shù)百瓦不等。在我們繼續(xù)之前，讓我們看看這些電機(jī)與其他電機(jī)有何不同。
·它們?cè)谒兴俣认露寄芴峁└吲ぞ兀o止時(shí)。
·它們可以保持一個(gè)靜止的位置。
·由于慣性矩小，它們可以快速切換旋轉(zhuǎn)方向。
·它們?cè)诘退倩蜢o止時(shí)不會(huì)過(guò)熱。
·它們可以快速加速和減速。
·它們可以移動(dòng)到任何給定的位置而不會(huì)漂移。
這些電機(jī)通常較窄（直徑較小，但長(zhǎng)度較長(zhǎng)）。這增加了它們的扭矩能力，并使慣性矩最小化，從而提高了它們的響應(yīng)時(shí)間。
伺服電機(jī)根據(jù)電氣和機(jī)械方面進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)電氣方面：
1.直流伺服電機(jī)
這些電機(jī)通常是較小的永磁直流電機(jī)和較大的單獨(dú)勵(lì)磁直流電機(jī)。直流電機(jī)定子（靜止部分）裝有勵(lì)磁繞組，轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）裝有電樞繞組。勵(lì)磁繞組將產(chǎn)生磁場(chǎng)。我們知道，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到強(qiáng)迫。在這種情況下，作為載流導(dǎo)體繞組的電樞受到旋轉(zhuǎn)電樞的力。這里的控制可以通過(guò)控制通過(guò)勵(lì)磁繞組的電流或通過(guò)控制通過(guò)電樞導(dǎo)體的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。這基本上意味著我們控制導(dǎo)體上的力來(lái)控制直流伺服電機(jī)。
2.交流伺服電機(jī)
大多數(shù)交流伺服電機(jī)基本上是兩相鼠籠式感應(yīng)電機(jī)，通常用于低功率應(yīng)用。近年來(lái)，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)已被改進(jìn)用于大功率伺服應(yīng)用，以取代大功率直流伺服系統(tǒng)。伺服電機(jī)的定子有兩個(gè)繞組，電信號(hào)之間的相移為90度（連續(xù)北極和南極之間的角度為180度）。一個(gè)繞組是由恒壓源供電的參考繞組。另一個(gè)繞組是控制繞組，根據(jù)控制策略，其具有與參考電壓頻率相同的可變電壓。電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩由參考繞組和控制繞組之間的相位差控制。
根據(jù)機(jī)械方面，伺服電機(jī)分為位置旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)-也稱(chēng)為半圓伺服，即其旋轉(zhuǎn)限制為180度。另一種是連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服，類(lèi)似于位置伺服，但完全旋轉(zhuǎn)。還有一種稱(chēng)為線性伺服的東西，它基本上是一種配備齒條和齒輪機(jī)構(gòu)的位置旋轉(zhuǎn)伺服。
盡管上述服務(wù)器的結(jié)構(gòu)和特性不同，但它們的控制機(jī)制幾乎相同。我們稱(chēng)之為“伺服”。讓我們看看下圖，看看伺服如何始終“知道”其位置并達(dá)到其“應(yīng)該”位置。
在該機(jī)構(gòu)中，一對(duì)電位計(jì)用作誤差測(cè)量裝置，因?yàn)樗鼈儗⒖嘉恢煤洼敵鑫恢弥g的差值轉(zhuǎn)換為與其成比例的電壓?？刂戚斎雧確定輸入電位計(jì)的位置，即參考位置。電位計(jì)電壓的差異在于誤差電壓（EV=EC-ER）通過(guò)增益K放大，并饋送至電機(jī)的電樞電路。電機(jī)在存在誤差電壓的情況下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，并以減小誤差的方式旋轉(zhuǎn)負(fù)載。一旦輸出負(fù)載位置與參考位置相同，誤差電壓為零，電機(jī)停止。這就是伺服機(jī)構(gòu)用來(lái)控制位置的方式。
因此，伺服電機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行精確控制，伺服電機(jī)良好的機(jī)電設(shè)計(jì)可以滿足高轉(zhuǎn)矩容量的要求。機(jī)械、電氣和控制設(shè)計(jì)的良好結(jié)合使伺服系統(tǒng)具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用。
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