伺服系统是一种能够使物体的位置、方位、状态等输出被控量,精准跟随输入目标任意变化的自动控制系统。
一、 核心控制机制:闭环与脉冲定位
伺服系统的核心在于闭环控制。其基本定位原理可理解为:
- 伺服电机每接收一个脉冲,即旋转一个与该脉冲对应的角度,从而实现精确位移。
- 同时,伺服电机内置的编码器会反馈相应数量的脉冲信号,形成“发出脉冲”与“返回脉冲”的闭环。
- 系统通过实时比对发送与接收的脉冲数量,实现对电机转角的精确控制,进而达到高精度定位(可达0.001mm级)。
二、 伺服电机的主要类型与特点
1. 直流伺服电机
- 有刷直流电机
- 优点:成本低、结构简单、起动转矩大、调速范围宽、控制容易。
- 缺点:需定期更换碳刷,维护不便,会产生电磁干扰,对环境有要求。
- 适用场景:对成本敏感的普通工业与民用场合。
- 无刷直流电机
- 优点:体积小、重量轻、出力大、响应快、转速高、惯量小、运行平滑、力矩稳定、免维护、效率高、寿命长、电磁辐射小。
- 缺点:控制复杂。
- 适用场景:适用于各种环境,尤其是要求高性能、低维护的场合。
2. 交流伺服电机
- 同属无刷电机,在运动控制中普遍采用同步电机。
- 优点:功率范围大,可实现大功率输出。
- 缺点:大惯量,最高转速较低,且随功率增大而快速下降。
- 适用场景:特别适合低速平稳运行的应用。
三、 工作原理详解
伺服电机内部的转子为永磁铁。驱动器控制U/V/W三相电形成旋转磁场,驱使转子转动。电机自带的编码器实时反馈转子位置信号至驱动器。驱动器将反馈值与目标值进行比较,并动态调整三相电流的输出,从而精确控制转子的转角与速度。伺服电机的最终精度直接取决于编码器的精度(线数)。
请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别?
答: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。