“伺服”之源流与精妙工作原理
“伺服”一词,源自希腊语中“”的意涵,象征着其服从控制的特性。“伺服电机”,可理解为严格按照控制信号行动的电机:在收到指令前静止不动,一旦信号发出,即刻转动;信号消失,则立即停转。
伺服电机,是自动控制装置中的微特电机执行元件。它的功能是将电信号转换为转轴的角位移或角速度,实现精确的机械运动控制。
深入解析工作原理
伺服系统是一种自动控制系统,能够使物体的位置、方位、状态等输出被控量跟随输入目标的任意变化。在伺服系统中,脉冲扮演着至关重要的角色。具体来说,每当伺服电机接收到一个脉冲,它就会旋转一个与该脉冲相对应的角度,从而实现精确的位移。
有趣的是,伺服电机不仅具备接收脉冲的功能,还具有发出脉冲的特性。每当电机旋转一个角度,都会发出相应数量的脉冲。这种收发脉冲的闭环机制,使得系统能够精准掌握电机的转动情况,从而实现精确的定位控制,误差可达到0.001mm。
直流与交流伺服电机的分类与特点
1. 直流伺服电机:直流伺服电机分为有刷和无刷两种类型。有刷电机成本较低,结构简单,适用于对成本敏感的普通工业和民用场合。虽然它启动转矩大、调速范围宽、控制容易,但需要维护且易产生电磁干扰。相较之下,无刷电机体积小、重量轻、力矩稳定,且免维护、效率高、运行温度低、电磁辐射小,适用于各种环境。
2. 交流伺服电机:交流伺服电机也是无刷电机的一种,进一步分为同步和异步电机。在运动控制中,同步电机因其大功率范围和适用于低速平稳运行的特点而被广泛使用。
伺服电机的内部运作机制
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开始转动。电机自带的编码器会反馈信号给驱动器。驱动器根据反馈值与目标值进行比较,微调转子的转动角度,确确的控制。值得一提的是,伺服电机的精度取决于编码器的精度,即线数越多,精度越高。
交流与直流伺服电机的功能差异
交流伺服电机由于采用正弦波控制,转矩脉动较小,因此在功能上稍占优势。而直流伺服电机则采用梯形波控制,虽然结构简单、成本低廉,但在某些性能指标上略逊一筹。
永磁交流伺服电机的优势
永磁交流伺服电机相比直流伺服电动机的主要优点包括:无需电刷和换向器,因此更加可靠且维护要求低;定子绕组散热方便;惯量小,有利于提高系统的快速性;适用于高速大力矩的工作状态;在相同功率下具有更小的体积和重量。