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PLC 控制伺服電機(jī)應(yīng)用實(shí)例，寫出組成整個系統(tǒng)的 PLC 模塊及外圍器件，并附相關(guān)程序。

PLC 品牌不限。

以松下 FP1 系列 PLC 和 A4 系列伺服驅(qū)動為例，編制控制伺服電機(jī)定長正、反旋轉(zhuǎn)的 PLC 程序并設(shè)計外 圍接線圖，此方案不采用松下的位置控制模塊 FPG--PP11  等，而是用晶體管輸出式的 PLC，讓 其特定輸出點(diǎn)給出位置指令脈沖串，直接發(fā)送到伺服輸入端，此時松下 A4 伺服工作在位置模式。

在 PLC 程序中設(shè)定伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，單位為（rpm），設(shè)伺服電機(jī)設(shè)定為 1000 個脈沖轉(zhuǎn)一圈。

PLC 輸出脈沖頻 率=（速度設(shè)定值/6）*100（HZ）。

假設(shè)該伺服系統(tǒng)的驅(qū)動直線定位精度為± 0.1mm，伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈滾 珠絲杠副移動 10mm，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要的脈沖數(shù)為 1000，故該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量或者說驅(qū)動分辨率為 0.01mm(一個絲)；PLC 輸出脈沖數(shù)=長度設(shè)定值*10。

以上的結(jié)論是在伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)定完的基礎(chǔ)上得出的。

也就是說，在計算 PLC 發(fā)出脈沖頻率與脈沖前，先 根據(jù)機(jī)械條件，綜合考慮精度與速度要求設(shè)定好伺服電機(jī)的電子齒比！大致過程如下： 機(jī)械機(jī)構(gòu)確定后，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈的行走長度已經(jīng)固定（如上面所說的 10mm），設(shè)計要求的定位精度 為 0.1mm(10 個絲)。

為了保證此精度，一般情況下是讓一個脈沖的行走長度低于 0.1mm，如設(shè)定一個脈沖 的行走長度為如上所述的 0.01mm， 于是電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要脈沖數(shù)即為 1000 個脈沖。

此種設(shè)定當(dāng)電機(jī)速度 要求為 1200 轉(zhuǎn)/分時， PLC 應(yīng)該發(fā)出的脈沖頻率為 20K。

松下 FP1---40T 的 PLC 的 CPU 本體可以發(fā)脈沖 頻率為 50KHz，完全可以滿足要求。

如果電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈為 100mm，設(shè)定一個脈沖行走仍然是 0.01mm，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要脈沖數(shù)即為 10000 個脈沖，電機(jī)速度為 1200 轉(zhuǎn)時所需要脈沖頻率就是 200K。

PLC 的 CPU 輸出點(diǎn)工作頻率就不夠了。

需要 位置控制專用模塊等方式。

有了以上頻率與脈沖數(shù)的算法就只需應(yīng)用 PLC 的相應(yīng)脈沖指令發(fā)出脈沖即可實(shí)現(xiàn)控制了。

假設(shè)使用松下 A4 伺服，其工作在位置模式，伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置與接線方式如下： 一、按照伺服電機(jī)驅(qū)動器說明書上的“位置控制模式控制信號接線圖”接線： pin3(PULS1)，pin4(PULS2)為脈沖信號端子，PULS1 連接直流電源正極(24V 電源需串連 2K 左右的電 阻),PULS2 連接控制器(如 PLC 的輸出端子)。

pin5(SIGN1)，pin6(SIGN2)為控制方向信號端子，SIGN1 連接直流電源正極(24V 電源需串連 2K 左右 的電阻)，SIGN2 連接控制器(如 PLC 的輸出端子)。

當(dāng)此端子接收信號變化時，伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向改變。

實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)方向由伺服電機(jī)驅(qū)動器的 P41，P42 這兩個參數(shù)控制，pin7(com+)與外接 24V 直流電源的正極相 連。

pin29(SRV-0N)， 伺服使能信號， 此端子與外接 24V 直流電源的負(fù)極相連， 則伺服電機(jī)進(jìn)入使能狀態(tài)， 通俗地講就是伺服電機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好，接收脈沖即可以運(yùn)轉(zhuǎn)。

上面所述的六根線連接完畢(電源、編碼器、電機(jī)線當(dāng)然不能忘)，伺服電機(jī)即可根據(jù)控制器發(fā)出的脈沖 與方向信號運(yùn)轉(zhuǎn)。

其他的信號端子，如伺服報警、偏差計數(shù)清零、定位完成等可根據(jù)您的要求接入控制器 構(gòu)成更完善的控制系統(tǒng)。

二、設(shè)置伺服電機(jī)驅(qū)動器的參數(shù)。

1、Pr02----控制模式選擇，設(shè)定 Pr02 參數(shù)為 0 或是 3 或是 4。

3 與 4 的區(qū)別在于當(dāng) 32(C-MODE)端子為 短路時，控制模式相應(yīng)變?yōu)樗俣饶Ｊ交蚴寝D(zhuǎn)矩模式，而設(shè)為 0，則只為位置控制模式。

如果您只要求位置 控制的話，Pr02 設(shè)定為 0 或是 3 或是 4 是一樣的。

2、Pr10，Pr11,Pr12----增益與積分調(diào)整，在運(yùn)行中根據(jù)伺服電機(jī)的運(yùn)行情況相應(yīng)調(diào)整,達(dá)到伺服電機(jī)運(yùn) 行平穩(wěn)。

當(dāng)然其他的參數(shù)也需要調(diào)整(Pr13，Pr14,Pr15,Pr16，Pr20 也是很重要的參數(shù))，在您不太熟悉前 只調(diào)整這三個參數(shù)也可以滿足基本的要求. 。

3、 Pr40----指令脈沖輸入選擇， 默認(rèn)為光耦輸入(設(shè)為 0)即可。

也就是選擇 3(PULS1)， 4(PULS2)， 5(SIGN1)， 6(SIGN2)這四個端子輸入脈沖與方向信號。

4、Pr41，Pr42----簡單地說就是控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向。

Pr41 設(shè)為 0 時，Pr42 設(shè)為 3,則 5(SIGN1)， 6(SIGN2)導(dǎo)通時為正方向(CCW)， 反之為反方向(CW)。

Pr41 設(shè)為 1 時， Pr42 設(shè)為 3,則 5(SIGN1)， 6(SIGN2) 斷開時為正方向(CCW)，反之為反方向(CW)，正、反方向是相對的，看您如何定義了，正確的說法應(yīng)該為 CCW，CW 。

5、Pr48、Pr4A、Pr4B----電子齒比設(shè)定。

此為重要參數(shù)，其作用就是控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度與控制器發(fā) 送一個脈沖時電機(jī)的行走長度。

其公式為： 伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈所需的脈沖數(shù)=編碼器分辨率 × Pr4B／(Pr48 × 2^Pr4A) 伺服電機(jī)所配編碼器如果為：2500p/r 5 線制增量式編碼器，則編碼器分辨率為 10000p/r

如您連接伺服電機(jī)軸的絲桿間距為 20mm，您要做到控制器發(fā)送一個脈沖伺服電機(jī)行走長度為一個絲 (0.01mm)。

計算得知：伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要 2000 個脈沖(每轉(zhuǎn)一圈所需脈沖確定了，脈沖頻率與伺服電機(jī) 的速度的關(guān)系也就確定了) 。

三個參數(shù)可以設(shè)定為： Pr4A=0， Pr48=10000， Pr4B=2000， 約分一下則為： Pr4A=0， Pr48=100， Pr4B=20。

從上面的敘述可知：設(shè)定 Pr48、Pr4A、Pr4B 這三個參數(shù)是根據(jù)我們控制器所能發(fā)送的脈沖頻率與 工藝所要求的精度。

在控制器的發(fā)送脈沖頻率確定后，工藝精度要求越高，則伺服電機(jī)能達(dá)到的 速度越低。

松下 FP1---40 T 型 PLC 的程序梯型圖如下：

S7—200 PLC 在數(shù)字伺服電機(jī)控制中的應(yīng)用 首先了解 plc 如何控制伺服電機(jī) 1、電機(jī)的連線及控制 本應(yīng)用實(shí)例選擇的是位置控制模式，脈沖輸入方式有集電極開路方式和差動驅(qū)動方式兩種，為了方便 的實(shí)現(xiàn)同時對兩部電機(jī)的控制，采用差動驅(qū)動方式。

與 PLC 的接線圖如圖所示。

PLC 與伺服放大器接線圖 圖中 L+為公共 PLC 端子，接 24VDC 正端，通過控制內(nèi)部晶體管的開關(guān)使得輸出 Q 呈現(xiàn)不同的電平信號 或發(fā)出脈沖信號。

L+一 PG—P lM—L+為脈沖輸入回路，PLC 控制該回路中的發(fā)光二極管的亮滅，形成脈 沖編碼輸入。

L+一 NG—NP 一 1M— L+為電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制回路，當(dāng)該回路的發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，電機(jī)正 轉(zhuǎn)，否則反轉(zhuǎn)。

由于伺服放大器內(nèi)部電阻只有 100 歐，為 了防止電流過大燒壞內(nèi)部的發(fā)光二極管，需要外接電阻 R，其阻值的計算如下： 根據(jù)公式(1)，可以選擇 R=3．9KO 2、電子齒比 數(shù)字交流伺服系統(tǒng)具有位置控制的功能，可通過上位控制器發(fā)出位置指令脈沖。

而伺服系統(tǒng)的位置反饋脈 沖當(dāng)量由編碼器的分辨率及電機(jī)每轉(zhuǎn)對應(yīng)的機(jī)械位移量等決定。

當(dāng)指令脈沖當(dāng)量與位置反饋脈沖當(dāng)量二者 不一致時，就需要使用電子齒使二者匹配。

使用了電子齒功能，就可以任意決定一個輸入脈沖所相當(dāng) 的電機(jī)位移量。

具有電子齒功能的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

若機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的螺距為 w，指令脈沖當(dāng) 量為△L，編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為 P，又考慮到一般電機(jī)軸與傳動絲杠為直接相連，則位置反饋脈沖當(dāng)量△ =W ／4P。

具有電子齒功能的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由于脈沖當(dāng)量與反饋脈沖當(dāng)量不一定相等，就需要使用電子齒比來建立兩者的關(guān)系。

具體計算公式為： AL=3M ×CMX / CDV 。

因此根據(jù)一個指令脈沖的位置當(dāng)量和反饋脈沖的位置當(dāng)量，就可以確定具體的電子齒比。

三菱該系列 伺服電機(jī)的電子齒比的設(shè)定范圍 對于輸入的脈沖，可以乘上其中任意倍率使機(jī)械運(yùn)行。

下面是 plc 控制私服的具體應(yīng)用 3、PI C 控制原理及控制模型 本例采用了西門子 s7．200 系列 CPU226 作為主控制器。

它是 s7．200 系列中的 PLC，本機(jī)自 帶 24 個數(shù)字輸人口、l6 個數(shù)字輸出口及兩個 RS-422／485 串行通訊口，多可擴(kuò)展 7 個應(yīng)用模塊 j。

實(shí) 際項(xiàng)目中， 通過擴(kuò)展 EM231 模擬量輸入模塊來采集電壓信號， 輸入的模擬信號可在 0～10V± 5V、 0～20mA 等多種信號輸入方式中選擇。

終，PLC 根據(jù)輸入電壓信號的大小控制脈沖發(fā)送周期的長短，從而達(dá)到控 制伺服電機(jī)速度的目的。

3.1 高速數(shù)字脈沖輸出 西門子 s7．200 系列 AC／DC／DC(交流供電，直流 I/O)類型 PLC 上集成了兩個高速脈沖輸出口，兩 個高速脈沖輸出口分別 通過 Qo．0、Qo．1 兩個輸出端子輸出，輸出時可選擇 PWM(脈寬調(diào)制)和 PIO(脈沖串)方式。

PIO 方式每 次只能發(fā)出固定脈沖，脈沖開始發(fā)送后直到發(fā)送完畢才能開始新的脈沖串；PWM 方式相對靈活，在脈沖 發(fā)送期間可隨時改變脈沖周期及寬度，其中脈沖周期可以選擇微秒級或毫秒級。

3.2 PID 功能特性 該系列 PLC 可以通過 PID 回路指令來進(jìn)行 PID 運(yùn)算，在一個程序中多可以用 8 條 PID 指令，既 多可同時實(shí)現(xiàn) 8 個 PID 控制算法。

在實(shí)際程序設(shè)計中，可用 STEP 7-Micro／Win 32 中的 PID 向?qū)С绦騺硗瓿梢粋�閉環(huán)控制過程 的 PID 算法，從而提高 程序設(shè)計效率。

3.3 控制模型 控制模型方框圖如下圖所示， 其中 Uset 為極間電壓給定值(此時產(chǎn)氣狀態(tài))， 為極間電壓采樣值， Uf Vout 為伺服電機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

通過對電弧電壓采樣值與弧間電壓給定值的比較并經(jīng)過 PLC 的 PID 調(diào)節(jié)回路控制， 可以得出用 于控制伺服電機(jī)旋 轉(zhuǎn)的脈沖發(fā)送周期 T，從而使伺服電機(jī)的送棒速度不停的得到調(diào)整，這樣就達(dá)到了控制兩極間距的目的。

保證了兩極間距的 相對穩(wěn)定，也就保證了極間電壓的穩(wěn)定性。

PID 調(diào)節(jié)控制原理框圖 根據(jù)極間距對極間電壓的影響，可以設(shè)定 PLC 的 PID 調(diào)節(jié)回路調(diào)整策略如下： Uset—uf<0，T 減小； Uset—uf>0，T 增大。

通過上述控制方法，能夠比較精確的實(shí)現(xiàn)對 UF 的控制。

西門子伺服電機(jī)有哪幾種？有防爆電機(jī)嗎？

西門子伺服電機(jī)有哪幾種？有防爆電機(jī)嗎？ 本期給大家簡單介紹一下西門子伺服電機(jī)的分類和應(yīng) 用。

1. 西門子伺服電機(jī)有哪幾種呢？1FK7 系列： 1FK7 電 機(jī)是緊湊型永磁同步電機(jī)。

1FK7 電機(jī)具有多種選件、減速 裝置和編碼器及廣泛的產(chǎn)品范圍，能夠很好地用以替代任何 應(yīng)用，因此能夠滿足先進(jìn)機(jī)械設(shè)備不斷提升的要求。

1FT7 系列： 1FT7 電機(jī)可滿足動態(tài)性能、轉(zhuǎn)速設(shè)定范圍、 軸和法蘭精度這些方面的苛刻要求。

此系列電機(jī)配備了為 先進(jìn)的編碼器技術(shù)，并針對完全數(shù)字化驅(qū)動和控制系統(tǒng)上的 運(yùn)行進(jìn)行了優(yōu)化。

伺服電機(jī) 1PH8 系列產(chǎn)品： SIMOTICS M-1PH8 系列電機(jī)是 新一代電機(jī)，可廣泛應(yīng)用于各種運(yùn)動控制設(shè)備和機(jī)械。

該系 列電機(jī)基于靈活的模塊式原理，分為異步電機(jī)和緊湊型同步 電機(jī)，既可采用強(qiáng)制風(fēng)冷也可采用水冷。

該系列電機(jī)擁有強(qiáng) 大的擴(kuò)展能力，例如，可以通過不同的軸承方案擴(kuò)展應(yīng)用的 范圍。

在 SINAMICS S120 驅(qū)動系統(tǒng)上，用戶可以自由選擇采用矢 量控制還是伺服控制，相應(yīng)地，使用 1PH8 電機(jī)系列時，用 戶可以選擇采用異步電機(jī)還是同步電機(jī)。

現(xiàn)在，通過變頻器 和電機(jī)之間這種靈活的協(xié)調(diào)工作，可以更為輕松地應(yīng)對極端 的工作周期、短暫的控制上升時間以及轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和定位方

面的高精度任務(wù)。

2. 有抗化學(xué)腐蝕性能較高的伺服電機(jī)嗎？SIMOTICS S 1FT7 和 1FK7 (第二代)伺服電機(jī)了抗化學(xué)腐蝕性能較 高的型號。

通過新選件 N16(根據(jù) DIN EN ISO 4628-1 進(jìn)行 測試)，某些訂貨號的等級可達(dá)到此性能。

例如，這些型號電 機(jī)的典型應(yīng)用為食品生產(chǎn)系統(tǒng)。

應(yīng)用說明： 帶有選件 N16 的電機(jī)適合在對電機(jī)漆層的保護(hù)性能有著較 高要求的所有領(lǐng)域中使用。

這些要求可能包括抗酸(如磷酸)、 抗浸洗(如活性氯)、 抗消毒劑(如雙氧水和過乙酸)、 抗鹽水等。

漆層系統(tǒng) PSPremium 已在 1.5–13 的 pH 范圍內(nèi)， 使用各 種工業(yè)用清洗劑進(jìn)行了測試。

3. SIMOTICS S-1FK7 可以用在環(huán)境中嗎？1FK7 第二代 產(chǎn)品，適用于危險區(qū)域 Zone 2/22 ，需訂購選項(xiàng) M03 和 M39 (1) 在含有易爆氣體的區(qū)域內(nèi)使用：選項(xiàng) M03 在訂購選項(xiàng) M03 并滿足特定使用條件時， 第二代 1FK7 電 機(jī)適合在含有易爆氣體的區(qū)域 (組別 II、類別 3G (Zone 2)， 溫度組別 T1 至 T3) 中使用，并符合歐盟指令 94/9/EC 的 規(guī)定。

電機(jī)上的標(biāo)識： EEx II 3 G Ex nA IIB T3 Gc -15°C ≤ Ta ≤ +40°C

(2) 在含有易爆粉塵的區(qū)域內(nèi)使用：選項(xiàng) M39 在訂購選項(xiàng) M39 并滿足特定使用條件時， 第二代 1FK7 電 機(jī)適合在含有易爆粉塵的區(qū)域 (組別 II、 類別 3D (Zone 22)， 表面溫度 160°C) 中使用，并符合歐盟指令 94/9/EC 的規(guī)定。

電機(jī)上的標(biāo)識：EEx II 3 D Ex tc IIIB -15°C ≤ +40°C 帶有選項(xiàng) M03 和 M39 的電機(jī)在與其它選件和電機(jī)型號進(jìn) 行組合的能力方面有一定限制。

只允許使用以下編碼器： 另外，只能與以下選件結(jié)合使用：B02 (驗(yàn)收測試證書) N05 (備選軸伸) P90、P98 (數(shù)量包裝) Q31 (金屬銘牌) Xxx (特殊顏色)Y84 (銘牌上標(biāo)明客戶數(shù)據(jù)) T160°C Dc IP64

西門子伺服電機(jī)的優(yōu)勢

德國制造是全球所有認(rèn)可的，而西門子作為德國企業(yè)的的代表之一，其質(zhì)量是毋庸置疑的�？蛻舻目诒沁x擇西門子系統(tǒng)的有力佐證：西門子伺服系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)動態(tài)定位和精確的運(yùn)動控制序列，而豐富的西門子伺服電機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)卓越的動態(tài)特性和運(yùn)行效率。

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一、西門子伺服電機(jī)分為交流伺服和直流伺服兩大類

交流伺服電機(jī)的基本構(gòu)造與交流感應(yīng)電動機(jī)（異步電機(jī)）相似。在定子上有兩個相空間位移90°電角度的勵磁繞組Wf和控制繞組WcoWf，接恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格（要求分別小于10％～15％和小于15％～25％）等特點(diǎn)。

直流伺服電機(jī)基本構(gòu)造與一般直流電動機(jī)相似。電機(jī)轉(zhuǎn)速n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j，式中E為電樞反電動勢，K為常數(shù)，j為每極磁通，Ua、Ia為電樞電壓和電樞電流，Ra為電樞電阻，改變Ua或改變φ，均可控制直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，但一般采用控制電樞電壓的方法，在永磁式直流伺服電動機(jī)中，勵磁繞組被磁鐵所取代，磁通φ恒定。直流伺服電動機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時間響應(yīng)。

二、西門子直流伺服電機(jī)和西門子交流伺服電機(jī)和優(yōu)缺點(diǎn)

1）直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：速度控制精確，轉(zhuǎn)矩速度特性很硬，控制原理簡單，使用方便，價格便宜。

缺點(diǎn)：電刷換向，速度限制，附加阻力，產(chǎn)生磨損微粒（無塵易爆環(huán)境不宜）

2）交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：速度控制特性良好，在整個速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發(fā)熱少，高速控制，高精確度位置控制（取決于編碼器精度），額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護(hù)（適用于無塵、易爆環(huán)境）

缺點(diǎn)：控制較復(fù)雜，驅(qū)動器參數(shù)需要現(xiàn)場調(diào)整PID參數(shù)確定，需要更多的連線。

三、西門子伺服電機(jī)原理

交流伺服電動機(jī)

交流伺服電動機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機(jī)相似。其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機(jī)又稱兩個伺服電動機(jī)。

交流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁僅0.2-0.3mm，空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。

交流伺服電動機(jī)在沒有控制電壓時，定子內(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動。當(dāng)有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時，伺服電動機(jī)將反轉(zhuǎn)。

交流伺服電動機(jī)的工作原理與電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動機(jī)與電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動機(jī)相比，有三個顯著特點(diǎn)：

l起動轉(zhuǎn)矩大：由于轉(zhuǎn)子電阻大，使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，即具有起動快、靈敏度高的特點(diǎn)。

l運(yùn)行范圍寬：運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。

l無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：運(yùn)轉(zhuǎn)中的伺服電動機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

1、交流伺服電機(jī)

（1）籠型兩相交流伺服電機(jī)（細(xì)長籠型轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、體積和勵磁電流小、小功率伺服、低速運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平滑）

（2）非磁性杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)（空心杯轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、體積和勵磁電流較大、小功率伺服、低速運(yùn)轉(zhuǎn)平滑）

（3）鐵磁杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)（鐵磁材料杯型轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量大、齒槽效應(yīng)小、運(yùn)行平穩(wěn)）

（4）同步型永磁交流伺服電機(jī)（由永磁同步電機(jī)、測速機(jī)及位置檢測元件同軸一體機(jī)組，定子為3相或2相，磁性材料轉(zhuǎn)子，必須配驅(qū)動器；調(diào)速范圍寬、機(jī)械特性由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)組成，可連續(xù)堵轉(zhuǎn)，快速相應(yīng)性能好，輸出功率大，轉(zhuǎn)矩波動��；有方波驅(qū)動和正弦波驅(qū)動兩種方式，控制性能好，為機(jī)電一體化產(chǎn)品）

（5）異步型三相交流伺服電機(jī)（轉(zhuǎn)子與籠型異步電機(jī)相似，必須配驅(qū)動器，采用矢量控制，擴(kuò)大了恒功率調(diào)速范圍，多用于機(jī)床主軸調(diào)速系統(tǒng)）

2、直流伺服電機(jī)

（1）印制繞組直流伺服電機(jī)（盤形轉(zhuǎn)子、盤形定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，無齒槽效應(yīng)，無飽和效應(yīng)，輸出轉(zhuǎn)矩大）

（2）線繞盤式直流伺服電機(jī)（盤形轉(zhuǎn)子、定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，控制性能優(yōu)于其他直流伺服電機(jī)，效率高，輸出轉(zhuǎn)矩大）

（3）杯型電樞永磁直流電機(jī)（空心杯轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，適用于增量運(yùn)動伺服系統(tǒng)）

（4）無刷直流伺服電機(jī)（定子為多相繞組，轉(zhuǎn)子為永磁式，帶轉(zhuǎn)子位置傳感器，無火花干擾，壽命長，噪聲低）

3、力矩電機(jī)

（1）直流力矩電機(jī)（扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)換向片數(shù)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多；輸出轉(zhuǎn)矩大，低速或堵轉(zhuǎn)下可連續(xù)工作，機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好，機(jī)電時間常數(shù)�。�

（2）無刷直流力矩電機(jī)（與無刷直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，但為扁平狀，極數(shù)槽數(shù)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多；輸出轉(zhuǎn)矩大，機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好，壽命長，無火花，噪聲低）

（3）籠型交流力矩電機(jī)（籠型轉(zhuǎn)子，扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)多，啟動轉(zhuǎn)矩大，機(jī)電時間常數(shù)小，可長期堵轉(zhuǎn)運(yùn)行，機(jī)械特性較軟）

（4）實(shí)心轉(zhuǎn)子交流力矩電機(jī)（鐵磁材料實(shí)心轉(zhuǎn)子，扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)多，可長期堵轉(zhuǎn)，運(yùn)行平滑，機(jī)械特性較軟）

4、步進(jìn)電機(jī)

（1）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成，轉(zhuǎn)子鐵心上無繞組，定子上有控制繞組；步距角小，啟動與運(yùn)行頻率較高，步距角精度較低，無自鎖力矩）

（2）永磁步進(jìn)電機(jī)（永磁式轉(zhuǎn)子，徑向磁化極性；步距角大，啟動與運(yùn)行頻率低，有保持轉(zhuǎn)矩，消耗功率比反應(yīng)式小，但須供正、負(fù)脈沖電流）

（3）混合式步進(jìn)電機(jī)（永磁式轉(zhuǎn)子，軸向磁化極性；步距角精度高，有保持轉(zhuǎn)矩，輸入電流小，兼有反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)）

5、開關(guān)磁阻電機(jī)

（定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成，都為凸極式，與極數(shù)相接近的大步距反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，帶有轉(zhuǎn)子位置傳感器，轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)，調(diào)速范圍小，噪聲大，機(jī)械特性由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)、恒功率區(qū)、串勵特性區(qū)三部分組成）

交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點(diǎn)。

SIEMENS伺服電機(jī)的性能比較

  SIEMENS伺服電機(jī)電機(jī)作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 一、控制精度不同 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 1.8°、0.9°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產(chǎn)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動器每接收131072個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。 二、低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細(xì)分技術(shù)等。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。 三、矩頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其zui高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 四、過載能力不同 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 五、運(yùn)行性能不同 步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 六、速度響應(yīng)性能不同 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。

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