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伺服系统主要依靠脉冲来定位。简单来说,伺服电机每接收到1个脉冲,就会旋转对应角度,进而实现位移。而且,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,每旋转一个角度,都会发出相应数量的脉冲。这些发出的脉冲和接收到的脉冲相互呼应,形成一个闭环。系统通过记录发出和接收的脉冲数量,就能精确控制电机的转动,实现高精度定位,精度甚至可以达到0.001mm。
直流伺服电机分为有刷和无刷两种。有刷电机成本较低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制起来也比较容易。不过,它需要维护,换碳刷就不太方便,还会产生电磁干扰,对使用环境有一定要求。所以,它更适合对成本敏感的普通工业和民用场合。
无刷电机则优势明显。它体积小、重量轻,出力大、响应快,速度高、惯量小,转动平滑且力矩稳定。虽然控制相对复杂,但很容易实现智能化,电子换相方式灵活,可采用方波换相或正弦波换相。而且,电机免维护,效率高,运行温度低,电磁辐射小,寿命长,能适应各种环境。
交流伺服电机本质上也是无刷电机,分为同步和异步电机。在运动控制领域,目前一般使用同步电机。它的功率范围大,能做到很大功率。不过,它大惯量,最高转动速度低,并且随着功率增大,速度会快速降低,所以更适合低速平稳运行的应用场景。
伺服电机内部,转子是永磁铁。驱动器控制U/V/W三相电形成电磁场,转子在这个磁场作用下转动。同时,电机自带的编码器会反馈信号给驱动器,驱动器将反馈值与目标值进行比较,然后调整转子转动的角度。伺服电机的精度取决于编码器的精度(线数),编码器线数越多,精度就越高。
交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上存在一些差异。交流伺服电机采用正弦波控制,转矩脉动小,性能更好;而直流伺服电机采用梯形波控制,结构相对简单,成本也更低。所以,如果对控制精度要求高,追求更好的性能,交流伺服电机是更好的选择;如果预算有限,对控制要求不是特别高,直流伺服电机则更经济实惠。 |
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