伺服電機(jī)是一種可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為位移，角度變化的高精度執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電機(jī)的位移量是靠脈沖信號(hào)控制的，每給伺服電機(jī)一個(gè)脈沖信號(hào)，伺服電機(jī)都輸出一定的位移。你需要伺服電機(jī)定量的位移，只需要給定相應(yīng)數(shù)量的脈沖信號(hào)即可。
伺服電機(jī)是靠脈沖實(shí)現(xiàn)定位的，嚴(yán)格來(lái)講這個(gè)叫位置環(huán)控制，就是上位機(jī)給多少脈沖伺服電機(jī)，伺服就走多少角度，比如一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)2500個(gè)脈沖，這是常見(jiàn)的。
伺服電機(jī)定義
伺服電機(jī)主要靠脈沖來(lái)定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)椋欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來(lái)，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。伺服電機(jī)在要求精密控制的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，他的閉環(huán)控制功能，是步進(jìn)電機(jī)的。在一些場(chǎng)合，由于步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有反饋，因此當(dāng)步進(jìn)電機(jī)卡死或打滑會(huì)出現(xiàn)丟步的情況，從而大大影響設(shè)備使用精度，因此步進(jìn)電機(jī)一般用于純粹的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，或者用于對(duì)精度要求不高的使用場(chǎng)合。
伺服電機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位？如何理解它的閉環(huán)特性？今天我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)。
我們看下交流伺服系列的組成。由伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)組成。這里我們主要講述伺服驅(qū)動(dòng)的工作原理，電機(jī)只是一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下，和變頻器的主電路類(lèi)似，電源經(jīng)過(guò)整流，逆變，實(shí)現(xiàn)從AC-DC-AC的轉(zhuǎn)換。
伺服驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：
輸入信號(hào)/命令可以是位置、速度、扭矩等控制信號(hào)，對(duì)應(yīng)伺服電機(jī)的三種控制模式，每種控制模式都對(duì)應(yīng)著環(huán)的控制，扭矩控制是電流閉環(huán)控制，速度模式是速度閉環(huán)控制，位置模式則是三閉環(huán)控制模式（扭矩、速度、位置）。下面我們對(duì)位置模式的三閉環(huán)進(jìn)行分析：
位置模式的三閉環(huán)控制
上圖中M表示伺服電機(jī)，PG代表編碼器，最外面的藍(lán)色的代表位置環(huán)，因?yàn)槲覀冏罱K控制的是位置（定位），內(nèi)環(huán)分別是速度環(huán)和電流環(huán)（扭矩環(huán)），位置模式下速度環(huán)和電流環(huán)作為保護(hù)環(huán)防止失速控制和過(guò)載以確保電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)和電機(jī)電流恒定。我們重點(diǎn)看下位置環(huán)是如何確保電機(jī)能夠準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)給定的角度。
假如我們給定脈沖為1個(gè)，此時(shí)反饋脈沖為，脈沖偏差△p=1，輸入到控制器中，這時(shí)候驅(qū)動(dòng)電路控制IPM逆變器產(chǎn)生SPWM波驅(qū)動(dòng)
伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，注意這個(gè)SPWM波和我們發(fā)脈沖的方波是不一樣的，時(shí)電機(jī)帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)發(fā)出反饋脈沖，這個(gè)時(shí)候△p=0，電機(jī)停止輸出，1個(gè)脈沖定位完成。整個(gè)從發(fā)出脈沖到接受反饋脈沖的過(guò)程就是一個(gè)閉環(huán)過(guò)程，從而確保電機(jī)能夠準(zhǔn)確定位，脈沖的數(shù)量決定定位的距離，脈沖的頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
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