如何選擇合適的伺服電機？
閱讀次數：809 發布時間： 2021-01-08 15:37:55
自(zi)動(dong)化領域指如(ru)今的(de)(de)大熱門(men)，而伺服電機(ji)在其中占(zhan)有重要地位，通常用于項目(mu)中較(jiao)精確的(de)(de)速度或位置控制部件的(de)(de)驅(qu)動(dong)。自(zi)動(dong)化設(she)(she)備的(de)(de)設(she)(she)計者常常需要面臨各種各樣不同需求的(de)(de)電機(ji)選型問(wen)題(ti)，而供應(ying)商(shang)提供的(de)(de)電機(ji)也(ye)是(shi)五花八門(men)，參(can)數(shu)多如(ru)牛毛，常常使(shi)初學者一頭霧水，本(ben)文(wen)僅根據作者的(de)(de)實際工(gong)作經歷(li)做(zuo)一些分享(xiang)，望能夠給需要者提供一些幫助。
自動(dong)化領域(yu)的(de)控制型電(dian)機(ji)可(ke)分為伺(si)服電(dian)機(ji)、步(bu)進電(dian)機(ji)、變頻(pin)電(dian)機(ji)等。在需要較為精(jing)確的(de)速度或位置控制的(de)部(bu)件，會選擇伺(si)服電(dian)機(ji)驅動(dong)。
變頻(pin)器+變頻(pin)電機的控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)方(fang)式，是通(tong)過改(gai)變輸入電機的電源(yuan)頻(pin)率而(er)改(gai)變電機轉速的控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)方(fang)法。一(yi)般只(zhi)用于(yu)電機的調速控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)。
a) 伺服電機(ji)使用閉環控(kong)(kong)制，步進電機(ji)為開環控(kong)(kong)制；
b) 伺服電(dian)機(ji)使(shi)用旋(xuan)轉編碼器計量(liang)精(jing)度，步進電(dian)機(ji)使(shi)用步距角(jiao)。普通產品(pin)級別上前者(zhe)(zhe)的精(jing)度可達后(hou)者(zhe)(zhe)的百倍數量(liang)級；
c) 控制(zhi)方(fang)式相(xiang)似（脈沖或(huo)方(fang)向信號）。
伺(si)服電(dian)(dian)機從供電(dian)(dian)電(dian)(dian)源上區(qu)分(fen)(fen)可分(fen)(fen)為交流(liu)伺(si)服電(dian)(dian)機和直流(liu)伺(si)服電(dian)(dian)機。
二者還是比(bi)較好(hao)選擇(ze)的(de)(de)。一般的(de)(de)自動化設備(bei)，甲(jia)方都會提供(gong)標(biao)準的(de)(de)380V工(gong)業電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)或220V電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)，此時選擇(ze)對應電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)(de)伺服電(dian)(dian)機即可，免去電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)類型(xing)的(de)(de)轉換。但有一些設備(bei)，比(bi)如立體倉庫中的(de)(de)穿梭板、AGV小車等，由(you)于本身(shen)的(de)(de)移(yi)動性質，大部分使用(yong)(yong)自帶直流電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)，所以一般使用(yong)(yong)直流伺服電(dian)(dian)機。
根據動作機(ji)(ji)構的(de)設計，考(kao)慮在停(ting)電狀態(tai)(tai)下或(huo)靜(jing)止狀態(tai)(tai)下，是否會(hui)造成對(dui)電機(ji)(ji)的(de)反(fan)轉(zhuan)趨(qu)勢。如果有反(fan)轉(zhuan)趨(qu)勢，就需要選擇(ze)帶抱閘的(de)伺服(fu)電機(ji)(ji)。
選(xuan)型計算前，首(shou)先要確定的(de)是機構末端的(de)位置和速度要求，再者(zhe)確定傳動機構。此時即可選(xuan)擇伺服系(xi)統(tong)和對(dui)應的(de)減速器。
選(xuan)型(xing)過程中，主要考慮以下參(can)數(shu)：
4.1.功率和速度
根(gen)據結構形式和(he)最終(zhong)負(fu)載的速(su)(su)度(du)和(he)加(jia)速(su)(su)度(du)要求，計(ji)算電機(ji)所需功率和(he)速(su)(su)度(du)。值得注意(yi)的是(shi)，通常情況下需要結合所選電機(ji)的速(su)(su)度(du)選取減速(su)(su)機(ji)的減速(su)(su)比。
在實際選型過(guo)程(cheng)中(zhong)，比(bi)如負載(zai)(zai)(zai)(zai)為(wei)水平運(yun)動，因為(wei)各個(ge)傳動機構的(de)摩擦系(xi)數(shu)和風載(zai)(zai)(zai)(zai)系(xi)數(shu)的(de)不(bu)確(que)定(ding)性，公式P=T*N/9549往往無(wu)(wu)法明(ming)確(que)計(ji)算（無(wu)(wu)法精(jing)確(que)計(ji)算扭矩的(de)大小(xiao)）。而在實踐過(guo)程(cheng)中(zhong)，也發(fa)現使用伺服電機所需功(gong)(gong)率大處往往是加減速階段。所以，通(tong)過(guo)T=F*R=m*a*R可定(ding)量計(ji)算所需電機的(de)功(gong)(gong)率大小(xiao)和減速機的(de)減速比(bi)（m：負載(zai)(zai)(zai)(zai)質量；a：負載(zai)(zai)(zai)(zai)加速度；R：負載(zai)(zai)(zai)(zai)旋(xuan)轉半徑）。
b) 考慮(lv)機(ji)構的(de)傳動效率；
c) 減速機的輸入和輸出(chu)扭矩是否(fou)達(da)標(biao)，并有一定的安全(quan)系數；
d) 后期是否(fou)會有加大速度的可能性(xing)。
值得一(yi)提的(de)是，在傳統行(xing)業(ye)中，例如起重機(ji)等行(xing)業(ye)，使用普通(tong)的(de)感應電機(ji)驅動，加(jia)速度無(wu)明(ming)確要求(qiu)，計算過程使用的(de)是經驗(yan)公(gong)式。
注(zhu)：負載垂直運行的情(qing)況下，注(zhu)意把重力加(jia)速度(du)計算(suan)在內。
4.2.慣量匹配
要實現對負載(zai)的(de)高(gao)精度控制，需要考慮(lv)電機(ji)與系統的(de)慣(guan)量是(shi)否匹配(pei)。
對于為什么需(xu)要慣(guan)量(liang)匹配的(de)(de)(de)問題，網上并沒有給出一統江湖(hu)的(de)(de)(de)說(shuo)法(fa)。個人理解(jie)有限(xian)，在(zai)這里就不解(jie)釋了。有興(xing)趣的(de)(de)(de)朋友可以(yi)自(zi)行(xing)考(kao)證一下并告(gao)知一聲。慣(guan)量(liang)匹配的(de)(de)(de)原則為：考(kao)慮系統慣(guan)量(liang)折合到電機軸上，與電機的(de)(de)(de)慣(guan)量(liang)比不大(da)于10；比值越小，控制(zhi)穩定性越好，但需(xu)要更大(da)的(de)(de)(de)電機，性價(jia)比更低。具體的(de)(de)(de)計算方法(fa)如(ru)有不明白的(de)(de)(de)請自(zi)行(xing)補學(xue)大(da)學(xue)"理論力學(xue)"。
4.3.精度要求
計算經過減速機(ji)和傳(chuan)動機(ji)構(gou)的(de)變化后，電機(ji)的(de)控制精度是否能夠滿足負載(zai)的(de)要求。減速器或某些傳(chuan)動機(ji)構(gou)有一定的(de)回程間隙(xi)，都需(xu)要考慮。
4.4.控制匹配
這個方面主要是(shi)與(yu)電氣設計人員溝通確認(ren)，比(bi)如(ru)伺服(fu)控制器的(de)通訊(xun)方式是(shi)否(fou)與(yu)PLC匹配，編碼器類型及是(shi)否(fou)需要引出數據(ju)等。
目(mu)前市(shi)場上伺(si)服電(dian)機(ji)(ji)品牌(pai)眾多(duo)，性能(neng)也是(shi)千差(cha)(cha)萬別。大體來(lai)說，如(ru)果不差(cha)(cha)錢(qian)，就選用歐美的(de)，稍微差(cha)(cha)點錢(qian)，選日本(ben)(ben)的(de)，然后是(shi)中(zhong)國臺灣和中(zhong)國大陸的(de)。不是(shi)作者(zhe)崇洋(yang)媚(mei)外，是(shi)實際使用得來(lai)的(de)教訓。根據過(guo)往經驗，國產(chan)的(de)伺(si)服電(dian)機(ji)(ji)本(ben)(ben)體基(ji)本(ben)(ben)性能(neng)上沒什(shen)么問題(ti)，主要伺(si)服控制(zhi)器的(de)控制(zhi)算(suan)法、集(ji)成度和和穩(wen)定性方面(mian)有一定的(de)差(cha)(cha)距(ju)。希望(wang)國內(nei)廠(chang)商繼續努(nu)力，縮小(xiao)與國外產(chan)品的(de)差(cha)(cha)距(ju)。
值得(de)一提(ti)(ti)的是(shi)，做自(zi)(zi)動(dong)(dong)化的設(she)(she)計(ji)，要學(xue)會借外力。特別是(shi)做非標自(zi)(zi)動(dong)(dong)化，面(mian)臨太(tai)多設(she)(she)備的選(xuan)(xuan)型和計(ji)算(suan)，往(wang)往(wang)不堪重負，加班累成狗是(shi)常態(tai)。現在伺服(fu)電機廠(chang)商都會提(ti)(ti)供技術(shu)支持(chi)，只(zhi)要你(ni)提(ti)(ti)供給他負載、速度、加速度等參(can)數要求，他們有一套自(zi)(zi)己的軟(ruan)件自(zi)(zi)動(dong)(dong)幫(bang)助你(ni)計(ji)算(suan)并選(xuan)(xuan)擇合適的伺服(fu)電機，非常的方便。
