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伺服電機(jī)（servo motor）廣泛應(yīng)用于自動化領(lǐng)域，通常用于驅(qū)動更準(zhǔn)確的速度或位置控制元件。自動化設(shè)備的設(shè)計(jì)師往往需要面對不同要求的電機(jī)類型，供應(yīng)商提供的電機(jī)種類繁多，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)用場景
自動化領(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。對于需要更精確速度或位置控制的部件，將選擇servo motor驅(qū)動。
變頻器+變頻電機(jī)的控制方式是通過改變輸入電機(jī)的功率頻率來改變電機(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)采用開環(huán)控制；
b)servo motor采用旋轉(zhuǎn)編碼器測量精度，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)類似的控制模式(脈沖或方向信號)。
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。對于一般自動化設(shè)備，甲方將提供標(biāo)準(zhǔn)的380伏工業(yè)電源或220伏電源。此時選擇相應(yīng)電源的servo motor，避免了電源類型的轉(zhuǎn)換。但有些設(shè)備，如立體倉庫中的穿梭板、AGV小車等，由于其移動性，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)下是否會造成電機(jī)反轉(zhuǎn)趨勢。如果出現(xiàn)逆勢，需要選擇帶剎車的servo motor。
4.類型選擇計(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，然后確定傳動機(jī)構(gòu)。此時，可以選擇伺服系統(tǒng)和相應(yīng)的減速器。
在選型過程中，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)速來選擇減速器的減速比。
在實(shí)際選型過程中，比如載荷是水平的，由于各傳動機(jī)構(gòu)摩擦系數(shù)和風(fēng)載系數(shù)的不確定性，無法明確計(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，對加速度沒有明確要求，計(jì)算過程中采用經(jīng)驗(yàn)公式。
注:載荷垂直運(yùn)行時，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。
對于為什么需要慣性匹配的問題，網(wǎng)上沒有統(tǒng)一河湖的說法。個人理解有限，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(西門子)；比值越小，控制穩(wěn)定性越好，但需要的電機(jī)越大，性價比越低。具體計(jì)算方法不明白，請?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機(jī)構(gòu)后，計(jì)算電機(jī)的控制精度是否能滿足負(fù)載要求?；蛘邷p速器的某些傳動機(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，編碼器的類型以及數(shù)據(jù)是否需要導(dǎo)出等。
5.品牌
目前市場上servo motor品牌眾多，性能差異較大。一般來說，如果不缺錢，我們會選擇歐美產(chǎn)品，稍微缺錢的，日本產(chǎn)品，臺灣省和大陸產(chǎn)品再來。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)，國產(chǎn)servo motor的基本性能沒有問題，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。希望國內(nèi)廠商繼續(xù)努力縮小與國外產(chǎn)品的差距。
如果讀者有使用效果好的國產(chǎn)品牌，請推薦給大家。畢竟，國產(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，做自動設(shè)計(jì)時，要學(xué)會借用外部力量。特別是非標(biāo)自動化，面對過多的設(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。無論您對其提供負(fù)載、速度、加速度等參數(shù)要求，它們都有自己的軟件自動幫您計(jì)算正確選擇servo motor，十分方便。
