伺服電機(jī)（servo motor）廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域，通常用于驅(qū)動(dòng)更準(zhǔn)確的速度或位置控制元件。自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)師往往需要面對(duì)不同要求的電機(jī)類(lèi)型，供應(yīng)商提供的電機(jī)種類(lèi)繁多，參數(shù)眾多，往往讓初學(xué)者感到困惑。本文僅根據(jù)作者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分享，希望能為有需要的人提供一些幫助。
1.應(yīng)用場(chǎng)景
自動(dòng)化領(lǐng)域的控制電機(jī)可分為servo motor、步進(jìn)電機(jī)、變頻電機(jī)等。對(duì)于需要更精確速度或位置控制的部件，將選擇servo motor驅(qū)動(dòng)。
變頻器+變頻電機(jī)的控制方式是通過(guò)改變輸入電機(jī)的功率頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方式。一般只用于電機(jī)的速度控制。
與步進(jìn)電機(jī)相比，servo motor:
a)servo motor采用閉環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)采用開(kāi)環(huán)控制；
b)servo motor采用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量精度，步進(jìn)電機(jī)采用步距角。在普通產(chǎn)品層面上，前者的精度可以達(dá)到后者的百倍；
c)類(lèi)似的控制模式(脈沖或方向信號(hào))。
2.電源
servo motor按電源可分為交流servo motor和DCservo motor。
兩者是更好的選擇。對(duì)于一般自動(dòng)化設(shè)備，甲方將提供標(biāo)準(zhǔn)的380伏工業(yè)電源或220伏電源。此時(shí)選擇相應(yīng)電源的servo motor，避免了電源類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。但有些設(shè)備，如立體倉(cāng)庫(kù)中的穿梭板、AGV小車(chē)等，由于其移動(dòng)性，大多使用自己的DC電源，所以一般采用DCservo motor。
抱閘
根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，考慮在斷電或靜止?fàn)顟B(tài)下是否會(huì)造成電機(jī)反轉(zhuǎn)趨勢(shì)。如果出現(xiàn)逆勢(shì)，需要選擇帶剎車(chē)的servo motor。
4.類(lèi)型選擇計(jì)算
在選型計(jì)算之前，首先要確定的是機(jī)構(gòu)末端的位置和速度要求，然后確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。此時(shí)，可以選擇伺服系統(tǒng)和相應(yīng)的減速器。
在選型過(guò)程中，主要考慮以下參數(shù):
4.1功率和速度
根據(jù)結(jié)構(gòu)和最終負(fù)載的速度和加速度要求，計(jì)算電機(jī)所需的功率和速度。值得注意的是，通常需要根據(jù)所選電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)選擇減速器的減速比。
在實(shí)際選型過(guò)程中，比如載荷是水平的，由于各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦系數(shù)和風(fēng)載系數(shù)的不確定性，無(wú)法明確計(jì)算公式P=T*N/9549(扭矩?zé)o法準(zhǔn)確計(jì)算)。但在實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，servo motor所需的最大功率往往處于加減速階段。因此，通過(guò)T=F*R=m*a*R，可以定量計(jì)算出所需電機(jī)的功率和減速器的減速比(m:負(fù)載質(zhì)量；a:載荷加速度；r:負(fù)載旋轉(zhuǎn)半徑)。
應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
a)電機(jī)的功率裕度系數(shù)；
b)考慮機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率；
c)減速器的輸入輸出扭矩是否符合標(biāo)準(zhǔn)，有一定的安全系數(shù)
d)后期有沒(méi)有提速的可能？
值得一提的是，在傳統(tǒng)行業(yè)，如起重機(jī)等行業(yè)，一般采用普通感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，對(duì)加速度沒(méi)有明確要求，計(jì)算過(guò)程中采用經(jīng)驗(yàn)公式。
注:載荷垂直運(yùn)行時(shí)，注意重力加速度的計(jì)算。
4.2慣性匹配
為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載的高精度控制，需要考慮電機(jī)和系統(tǒng)的慣性是否匹配。
對(duì)于為什么需要慣性匹配的問(wèn)題，網(wǎng)上沒(méi)有統(tǒng)一河湖的說(shuō)法。個(gè)人理解有限，這里就不解釋了。感興趣的朋友可以自己去看看，讓我們知道。慣性匹配的原則是:考慮系統(tǒng)的慣性相當(dāng)于電機(jī)軸，慣性與電機(jī)的比值不大于10(西門(mén)子)；比值越小，控制穩(wěn)定性越好，但需要的電機(jī)越大，性?xún)r(jià)比越低。具體計(jì)算方法不明白，請(qǐng)?jiān)诖髮W(xué)補(bǔ)上“理論力學(xué)”。
4.3精度要求
在更換減速器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)后，計(jì)算電機(jī)的控制精度是否能滿(mǎn)足負(fù)載要求。或者減速器的某些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有一定的回程間隙，需要考慮。
4.4控制匹配
這方面主要是和電氣設(shè)計(jì)人員溝通確認(rèn)，比如伺服控制器的通訊方式是否與PLC匹配，編碼器的類(lèi)型以及數(shù)據(jù)是否需要導(dǎo)出等。
5.品牌
目前市場(chǎng)上servo motor品牌眾多，性能差異較大。一般來(lái)說(shuō)，如果不缺錢(qián)，我們會(huì)選擇歐美產(chǎn)品，稍微缺錢(qián)的，日本產(chǎn)品，臺(tái)灣省和大陸產(chǎn)品再來(lái)。不是作者崇洋媚外，而是實(shí)際運(yùn)用的教訓(xùn)。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)產(chǎn)servo motor的基本性能沒(méi)有問(wèn)題，主要伺服控制器的控制算法、集成度和穩(wěn)定性都有一定的差距。希望國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商繼續(xù)努力縮小與國(guó)外產(chǎn)品的差距。
如果讀者有使用效果好的國(guó)產(chǎn)品牌，請(qǐng)推薦給大家。畢竟，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品需要我們這一代人的支持，才能自強(qiáng)不息。
值得注意的是，做自動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，要學(xué)會(huì)借用外部力量。特別是非標(biāo)自動(dòng)化，面對(duì)過(guò)多的設(shè)備選型與計(jì)算，常常不堪重負(fù)，加班當(dāng)狗也很正常。目前，由servo motor制造商提供技術(shù)支持。無(wú)論您對(duì)其提供負(fù)載、速度、加速度等參數(shù)要求，它們都有自己的軟件自動(dòng)幫您計(jì)算正確選擇servo motor，十分方便。
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