伺服电机的原理

Question

各位高手好，我在书上看见伺服电机有三种控制方式：
1，脉冲控制方式。（我们公司有专门的PLC模块发脉冲给伺服模块）
2，模拟电压控制方式。（我们公司有专门的PLC模拟量模块给模拟电压给伺服模块）
3，通讯控制方式。（我们公司比较先进的控制系统用PROFIBUS或者光纤通讯控制）
对于以上控制方式我都用万用表测试并确认过，基于以上想请教以下几个问题：
1，对于脉冲控制方式的伺服模块接受的是PLC特殊模块的脉冲信号，但是伺服模块给伺服电机发的是什么信号？U/V/W是什么信号？直流？交流？也是脉冲信号吗？如果是脉冲信号的话那与步机电机没有区别。如果伺服电机接收的是交流电压信号的话，那频率是多少？有什么范围？那改变频率和用变频器控制普通电机又有什么区别？
2，对于第二种控制方式的提问：PLC模拟量模块给伺服模块发模拟量电压信号时，给正电压，伺服电机正转，给负电压，佩服电机反转，模拟量电压为0V时，伺服电机停止，我用万用表测量过，一般是0~10V。伺服电机运行的时候，伺服模块给伺服电机发的又是什么信号？U/V/W是什么交流信号？如果伺服电机接收的是交流电压信号的话，那频率是多少？有什么范围？那改变频率和用变频器控制普通电机又有什么区别？
3，请帮忙回答时不要用单相伺服电机来说明，因为我所见到的电机都是三相的，多谢各位高手！

Answer 1

1、伺服系统（servomechanism）是使物体的位置、方位、
伺服电机
[1]状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。
2、交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。
3、伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。

Answer 2

伺服
电机工作原理——
伺服电机内部的转子是
永磁铁
，
驱动器
控制的
U/V/W
三相电
形成
电磁场
，
转子在此磁场的作用下转动，
同时电机自带的
编码器
反馈信
号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

1
、永磁交流
伺服系统
具有以下等优点：

（
1
）电动机无电刷和
换向器
，工作可靠，维护和保养简单；

（
2
）定子绕组散热快；

(3)
惯量小，易提高系统的快速性；

（
4
）适应于高速大力矩工作状态；

（
5
）相同功率下，体积和重量较小，广泛的应用于机床、
机械设备
、搬运
机构、
印刷设备
、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、
纺织机械
等场合，满足
了传动领域的发展需求。

永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、
模式混合式的发展后，
目前已经
进入了全数字的时代。
全数字
伺服驱动器
不仅克服了模拟式伺服的分散性大、
零
漂、
低可靠性等确定，
还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的
灵活，使伺服驱动器不仅结构简单，而且性能更加的可靠。现在，高性能的伺服
系统，
大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流
伺服电动机
和全数字
交流永磁同步伺服驱动器两部分。
伺服驱动器有两部分组成：
驱动器硬件和控制
算法。
控制算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一，
是国外交流伺服
技术封锁的主要部分，也是在技术垄断的核心。

2
、交流永磁伺服系统的基本结构

交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、
功率驱动单元、
通讯接口单
元、
伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，
其结构组成如图
1
所示。
其中伺服
控制单元包括位置控制器、
速度控制器、
转矩和电流控制器等等。
我们的交流永
磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、
高性能要求的伺服驱动领域，
还体现了强大的智能化、
柔性化是传统的驱动系统
所不可比拟的。

目前主流的伺服驱动器均采用
数字信号
处理器（
DSP
）作为控制核心，其优
点是可以实现比较复杂的控制算法，
事项数字化、
网络化和智能化。
功率器件普
遍采用以智能功率模块
（
IPM
）
为核心设计的驱动电路
,IPM
内部集成了驱动电路
,
同时具有
过电压
、过电流、过热、欠压等故障检测
保护电路
,
在主回路中还加入
软启动
电路
,
以减小启动过程对驱动器的冲击。

Answer 3

伺服电机的工作原理

Answer 4

Answer 5

伺服电机比步进电机多个编码器反馈功能，闭环控制，而步进电机是开环控制。