伺服電機是如何工作的?伺服電機是一種機電設(shè)備,可以根據(jù)提供的電流和電壓產(chǎn)生扭矩和速度。伺服電機作為閉環(huán)系統(tǒng)的一部分工作,根據(jù)伺服控制器的指令提供扭矩和速度,并使用反饋裝置來閉環(huán)。反饋裝置向伺服控制器提供電流、速度或位置等信息,伺服控制器根據(jù)指令參數(shù)調(diào)整電機動作。
伺服電機有多種類型、形狀和尺寸可供選擇。1859年,Joseph Facort首次使用伺服一詞,他實施了一種反饋機制來幫助用蒸汽操縱船舶以控制方向舵。伺服電機是伺服機構(gòu)的一部分,由電機、反饋裝置和控制電子裝置三個關(guān)鍵部件組成。電機可以是交流或直流,有刷或無刷,旋轉(zhuǎn)或線性,以及任何尺寸。反饋裝置可以是電位計、霍爾效應(yīng)裝置、轉(zhuǎn)速計、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器、線性傳感器或任何其他合適的傳感器。完成伺服系統(tǒng)的是控制電子設(shè)備,它為電機供電并將反饋數(shù)據(jù)與指令參考進行比較,以驗證伺服電機是否按指令運行。
伺服電機的應(yīng)用有很多種,從用于業(yè)余愛好應(yīng)用(例如模型飛機)的簡單直流電機到用于多軸加工中心的復(fù)雜運動控制器驅(qū)動的復(fù)雜無刷電機。
常見的伺服機構(gòu)的一個例子是車輛巡航控制,它由發(fā)動機(電機)、速度傳感器(反饋)和將車速與設(shè)定速度進行比較的電子設(shè)備組成。如果車輛減速,傳感器會將這些數(shù)據(jù)提供給電子設(shè)備,電子設(shè)備反過來會增加發(fā)動機中的氣體量,以將速度提高到所需的設(shè)定點一個簡單的閉環(huán)系統(tǒng)。
一個簡單的工業(yè)伺服電機由一個永磁直流電機和一個集成的轉(zhuǎn)速計組成,它可以提供與速度成正比的輸出電壓。驅(qū)動電子設(shè)備根據(jù)轉(zhuǎn)速計反饋的電壓為電機提供必要的電壓和電流。在這個例子中,指令速度(表示為指令參考電壓)在驅(qū)動器中設(shè)置,然后驅(qū)動器中的電路比較轉(zhuǎn)速計反饋電壓并確定是否達到了所需的速度,稱為速度閉環(huán)。速度環(huán)監(jiān)控指令速度和轉(zhuǎn)速計反饋,而驅(qū)動器調(diào)整電機的功率以維持所需的指令速度。
在更復(fù)雜的伺服電機系統(tǒng)中,將調(diào)整多個嵌入式回路以獲得最佳性能,以提供精確的運動控制。該系統(tǒng)由使用精密反饋元件的電流、速度和位置環(huán)組成。每個循環(huán)向后續(xù)循環(huán)發(fā)送信號并監(jiān)視適當(dāng)?shù)姆答佋赃M行實時校正以匹配命令參數(shù)。
基本電路是電流或轉(zhuǎn)矩電路。電流與旋轉(zhuǎn)電機中的扭矩(或線性電機中的力)成正比,后者提供加速度或推力。電流傳感器是一種提供與流過電機的電流相關(guān)的反饋的裝置。傳感器將信號發(fā)送回控制電子設(shè)備通常是與電機電流成比例的模擬或數(shù)字信號。從命令信號中減去該信號。當(dāng)伺服電機處于指令電流時,將滿足循環(huán),直到電流降至指令電流以下。然后循環(huán)將增加電流直到達到命令電流,并且循環(huán)將以亞秒更新速率繼續(xù)。
速度環(huán)的工作原理相同,電壓與速度成正比。當(dāng)速度低于指令速度時,速度環(huán)向電流環(huán)發(fā)送指令增加電流(從而增加電壓)。
位置環(huán)接受來自PLC或運動控制器的命令,后者又提供速度命令,該命令被饋送到速度環(huán),后者又命令所需的電流來加速、保持和減速電機以移動到命令位置。所有三個回路都以優(yōu)化的同步方式工作,以提供對伺服機構(gòu)的平滑和精確控制。