伺服電機使(shi)用過程(cheng)中(zhong)常(chang)見的三(san)個問題：

問題一：交流伺服電機選型

在選擇好機(ji)(ji)械傳動方案以(yi)后，就必(bi)須對(dui)伺服電機(ji)(ji)的型(xing)號和(he)(he)大小(xiao)進(jin)行選擇和(he)(he)確認。

（1）選(xuan)型(xing)條件(jian)  —  一般情況(kuang)下(xia)，選(xuan)擇(ze)伺(si)服電機需(xu)滿足下(xia)列情況(kuang)：

  ●    馬(ma)達最(zui)大轉(zhuan)速(su)>系統(tong)所需之最(zui)高移(yi)動轉(zhuan)速(su)；

  ●    馬達的轉子(zi)慣量與負載慣量相匹配；

  ●    連續負載工作扭力≦馬達額定扭力；

   ●    馬達最大輸出扭(niu)力>系統所(suo)需最大扭(niu)力（加(jia)速時扭(niu)力）。

（2）選型計算(suan)：

  ●    慣量(liang)匹配(pei)計算（JL/JM）

  ●    回(hui)轉速(su)度計算（負(fu)載端(duan)轉速(su)，馬(ma)達端(duan)轉速(su)）

  ●    負載扭(niu)矩(ju)計算(suan)（連續負載工作扭(niu)矩(ju)，加速時扭(niu)矩(ju)）

問題二：噪聲，不穩定(ding)

客戶(hu)在一些機械上使(shi)用伺服電(dian)機時(shi)，經常會發(fa)生噪(zao)聲過大，電(dian)機帶(dai)動負(fu)(fu)載(zai)(zai)運轉不(bu)穩定(ding)等現(xian)象(xiang)，出現(xian)此問題(ti)時(shi)，許多使(shi)用者的(de)第一反應(ying)就是伺服電(dian)機質量不(bu)好，因為有時(shi)換成步進電(dian)機或是變頻電(dian)機來拖動負(fu)(fu)載(zai)(zai)，噪(zao)聲和不(bu)穩定(ding)現(xian)象(xiang)卻(que)小很多。表面上看，確實是伺服電(dian)機的(de)原(yuan)故，但我(wo)們仔(zi)細分(fen)析(xi)伺服電(dian)機的(de)工作(zuo)原(yuan)理(li)后，會發(fa)現(xian)這種結論是完全錯誤的(de)。

交流伺服系統包括：伺服驅動、伺服電機和一(yi)(yi)個(ge)(ge)反(fan)饋傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(一(yi)(yi)般伺(si)(si)服電機(ji)(ji)自(zi)帶(dai)(dai)光(guang)學(xue)偏(pian)碼器(qi)(qi))。所有這些部件都在(zai)一(yi)(yi)個(ge)(ge)控(kong)制閉環(huan)系統中(zhong)運行(xing)：驅(qu)動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)從外部接收參(can)數信息，然后將一(yi)(yi)定電流(liu)輸送給(gei)(gei)電機(ji)(ji)，通過(guo)電機(ji)(ji)轉換成扭矩(ju)帶(dai)(dai)動(dong)(dong)(dong)負載，負載根據它自(zi)己的(de)(de)(de)(de)特性進行(xing)動(dong)(dong)(dong)作或加減速(su)(su)，傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)測(ce)量負載的(de)(de)(de)(de)位置(zhi)(zhi)，使(shi)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)裝置(zhi)(zhi)對設(she)定信息值(zhi)和實(shi)(shi)際位置(zhi)(zhi)值(zhi)進行(xing)比較(jiao)，然后通過(guo)改(gai)變電機(ji)(ji)電流(liu)使(shi)實(shi)(shi)際位置(zhi)(zhi)值(zhi)和設(she)定信息值(zhi)保持(chi)一(yi)(yi)致，當負載突然變化(hua)引起(qi)速(su)(su)度變化(hua)時，偏(pian)碼器(qi)(qi)獲(huo)知這種速(su)(su)度變化(hua)后會馬上反(fan)應(ying)給(gei)(gei)伺(si)(si)服驅(qu)動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)，驅(qu)動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)又通過(guo)改(gai)變提供(gong)給(gei)(gei)伺(si)(si)服電機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)電流(liu)值(zhi)來滿足負載的(de)(de)(de)(de)變化(hua)，并重(zhong)新返回到設(she)定的(de)(de)(de)(de)速(su)(su)度。交流(liu)伺(si)(si)服系統是一(yi)(yi)個(ge)(ge)響應(ying)非(fei)常高的(de)(de)(de)(de)全閉環(huan)系統，負載波動(dong)(dong)(dong)和速(su)(su)度較(jiao)正之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)時間滯后響應(ying)是非(fei)常快的(de)(de)(de)(de)，此時，真正限制了系統響應(ying)效果的(de)(de)(de)(de)是機(ji)(ji)械連接裝置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)遞時間。

舉一個(ge)(ge)(ge)簡單例(li)子：有(you)一臺機械，是用伺(si)服電機通過V形帶傳動一個(ge)(ge)(ge)恒(heng)定速度、大慣性(xing)的負載。整個(ge)(ge)(ge)系統需要(yao)獲得恒(heng)定的速度和(he)較快(kuai)的響(xiang)應(ying)特性(xing)，分(fen)析其動作過程。

當驅動器將電流送到伺服電機時(shi)，電(dian)機(ji)(ji)立即產生扭(niu)(niu)矩；一開始，由于V形帶會(hui)有彈性(xing)，負載不(bu)會(hui)加速(su)到像(xiang)電(dian)機(ji)(ji)那(nei)樣快；伺服電(dian)機(ji)(ji)會(hui)比負載提(ti)前(qian)到達(da)設定的(de)(de)速(su)度(du)，此時(shi)裝(zhuang)在電(dian)機(ji)(ji)上的(de)(de)偏碼器(qi)會(hui)削弱電(dian)流(liu)，繼而削弱扭(niu)(niu)矩；隨著V型(xing)帶張力的(de)(de)不(bu)斷增(zeng)加會(hui)使電(dian)機(ji)(ji)速(su)度(du)變(bian)慢，此時(shi)驅動器(qi)又(you)會(hui)去增(zeng)加電(dian)流(liu)，周而復始。

在此例(li)中，系統是(shi)振蕩的，電(dian)機扭矩是(shi)波(bo)(bo)動(dong)的，負載速(su)度也隨(sui)之波(bo)(bo)動(dong)。其結果當(dang)然會是(shi)噪音、磨損(sun)、不(bu)(bu)穩(wen)定了。不(bu)(bu)過，這(zhe)(zhe)都不(bu)(bu)是(shi)由伺(si)服電(dian)機引起的，這(zhe)(zhe)種噪聲和不(bu)(bu)穩(wen)定性(xing)，是(shi)來(lai)源于(yu)機械傳動(dong)裝置，是(shi)由于(yu)伺(si)服系統反應(ying)速(su)度（高）與機械傳遞(di)或者反應(ying)時(shi)間(jian)（較長）不(bu)(bu)相匹配而引起的，即(ji)伺(si)服電(dian)機響應(ying)快于(yu)系統調整新的扭矩所需的時(shi)間(jian)。

找到了問題根源所在，再(zai)來(lai)解決(jue)當然就容易多了，針對(dui)以上例(li)子，您可(ke)以：

（1）增加機械剛性(xing)和(he)降低系統的(de)慣性(xing)，減少機械傳動(dong)部位的(de)響應時(shi)間，如把(ba)V形(xing)帶(dai)更換成直接絲(si)桿傳動(dong)或用(yong)齒輪箱代(dai)替V型(xing)帶(dai)；

（2）降低伺(si)(si)服(fu)系(xi)統的(de)響應速度，減少伺(si)(si)服(fu)系(xi)統的(de)控制帶寬，如(ru)降低伺(si)(si)服(fu)系(xi)統的(de)增益參數值。

當然(ran)，以上(shang)只是噪(zao)(zao)聲(sheng)、不(bu)(bu)穩定的原(yuan)因(yin)之一(yi)，針對不(bu)(bu)同(tong)的原(yuan)因(yin)，會有不(bu)(bu)同(tong)的解(jie)決(jue)辦法(fa)，如由機械共振(zhen)引起的噪(zao)(zao)聲(sheng)，在伺(si)服方(fang)面可采取共振(zhen)抑制，低通濾(lv)波等方(fang)法(fa)，總之，噪(zao)(zao)聲(sheng)和不(bu)(bu)穩定的原(yuan)因(yin)，基本(ben)上(shang)都不(bu)(bu)會是由于伺(si)服電機本(ben)身(shen)所造成。

問題三：慣性匹配

在伺服(fu)系(xi)統選(xuan)型及(ji)調試中，常會(hui)碰到慣(guan)量問(wen)題！

具體表現為：

1、在(zai)伺服系(xi)統(tong)選型(xing)時，除(chu)考慮電機(ji)(ji)的(de)扭矩和額定速度(du)等(deng)等(deng)因素外，我們還需要(yao)(yao)(yao)先計算得知機(ji)(ji)械系(xi)統(tong)換算到(dao)電機(ji)(ji)軸的(de)慣量，再根據機(ji)(ji)械的(de)實際動作要(yao)(yao)(yao)求及加(jia)工件(jian)質量要(yao)(yao)(yao)求來具體選擇具有合(he)適慣量大小的(de)電機(ji)(ji)；

2、在調(diao)試時(shi)（手動模式下），正確設(she)定慣量(liang)比參數是(shi)充分發揮(hui)機械及伺服系(xi)統(tong)最佳效能的(de)前提(ti)，此點在要(yao)求高(gao)速高(gao)精(jing)度的(de)系(xi)統(tong)上(shang)表(biao)現由為突出（臺達伺服慣量(liang)比參數為1-37，JL/JM）。這樣，就有(you)了慣量(liang)匹配的(de)問題！

那(nei)到底什(shen)么是“慣量匹配”呢?

1、根據牛頓第二定(ding)律：“進給系統所(suo)需(xu)力矩(ju)T=系統傳動慣(guan)量(liang)J×角加速度θ

角加速度(du)θ影響系(xi)(xi)統的動態特性，θ越小(xiao)，則(ze)由控制器發出指令到系(xi)(xi)統執行完畢的時(shi)間越長，系(xi)(xi)統反應(ying)(ying)越慢。如(ru)果(guo)θ變化(hua)(hua)，則(ze)系(xi)(xi)統反應(ying)(ying)將忽(hu)快忽(hu)慢，影響加工精度(du)。由于馬達選定(ding)后最大輸出T值不變，如(ru)果(guo)希望θ的變化(hua)(hua)小(xiao)，則(ze)J應(ying)(ying)該盡量(liang)小(xiao)。

2、進給軸的總慣量“J=伺服電(dian)機的旋(xuan)轉慣性(xing)動量JM+電(dian)機軸換算的負載慣性(xing)動量JL

負載(zai)慣(guan)(guan)(guan)量JL由（以工(gong)具機為(wei)例）工(gong)作(zuo)臺(tai)及上面裝的夾(jia)具和工(gong)件、螺桿、聯軸(zhou)器(qi)等直線和旋轉(zhuan)運動件的慣(guan)(guan)(guan)量折合(he)到馬達軸(zhou)上的慣(guan)(guan)(guan)量組成。JM為(wei)伺服電機轉(zhuan)子慣(guan)(guan)(guan)量，伺服電機選定后，此值就(jiu)為(wei)定值，而JL則隨工(gong)件等負載(zai)改變(bian)而變(bian)化(hua)。如果(guo)希望(wang)J變(bian)化(hua)率(lv)小些，則最好使JL所(suo)占比例小些。這(zhe)就(jiu)是通俗意義上的“慣(guan)(guan)(guan)量匹配”。

 知道了什么是慣量匹配(pei)，那(nei)慣量匹配(pei)具(ju)體有什么影響？又如何確定呢?

影響：

傳動慣量(liang)(liang)對伺(si)服(fu)(fu)系統(tong)的(de)(de)精度(du)(du)、穩定性、動態響(xiang)應(ying)(ying)都有(you)影響(xiang)，慣量(liang)(liang)大(da)，系統(tong)的(de)(de)機械常數(shu)大(da)，響(xiang)應(ying)(ying)慢，會使(shi)系統(tong)的(de)(de)固有(you)頻(pin)率下(xia)降，容易產生諧振，因而限制了伺(si)服(fu)(fu)帶寬，影響(xiang)了伺(si)服(fu)(fu)精度(du)(du)和響(xiang)應(ying)(ying)速(su)度(du)(du)，慣量(liang)(liang)的(de)(de)適當增大(da)只有(you)在改善低速(su)爬行時有(you)利，因此，機械設(she)計時在不(bu)影響(xiang)系統(tong)剛(gang)度(du)(du)的(de)(de)條件(jian)下(xia)，應(ying)(ying)盡量(liang)(liang)減小慣量(liang)(liang)。

確定：

衡量(liang)(liang)機械系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)動(dong)態(tai)特性時，慣(guan)(guan)(guan)量(liang)(liang)越(yue)小，系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)動(dong)態(tai)特性反應越(yue)好；慣(guan)(guan)(guan)量(liang)(liang)越(yue)大，馬(ma)達的(de)(de)負(fu)載也就越(yue)大，越(yue)難(nan)控制，但機械系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)慣(guan)(guan)(guan)量(liang)(liang)需(xu)和馬(ma)達慣(guan)(guan)(guan)量(liang)(liang)相匹配才(cai)行。不同(tong)的(de)(de)機構，對慣(guan)(guan)(guan)量(liang)(liang)匹配原(yuan)則(ze)有(you)不同(tong)的(de)(de)選擇，且有(you)不同(tong)的(de)(de)作用表現。例如，CNC中(zhong)心機通(tong)過伺服電(dian)機作高速切削時，當負(fu)載慣(guan)(guan)(guan)量(liang)(liang)增加時，會發(fa)生：

（1）控制指(zhi)令改變時(shi)，馬達需(xu)花(hua)費較多(duo)時(shi)間才能達到新(xin)指(zhi)令的速度要求(qiu)；

（2）當(dang)機(ji)臺沿二軸執行弧式曲線快速切(qie)削時，會發生較(jiao)大(da)誤差(cha)：

 ①一般伺服電機通常狀況下，當JL≦JM，則上(shang)面(mian)的問題不(bu)會發生

②當JL=3×JM，則馬達的可控(kong)性會(hui)(hui)些微降低，但對(dui)平常的金屬(shu)切(qie)削(xue)不會(hui)(hui)有影響。（高速曲線切(qie)削(xue)一般建議JL≦JM）

③當JL≧3×JM，馬達的可(ke)控性會明顯下降，在高速曲線(xian)切削時表現突出

不同的機(ji)構動(dong)作及(ji)(ji)加(jia)工質量(liang)要(yao)求對JL與JM大(da)小關系有不同的要(yao)求，慣(guan)性匹配的確(que)定需要(yao)根據機(ji)械(xie)的工藝(yi)特點及(ji)(ji)加(jia)工質量(liang)要(yao)求來確(que)定。

      伺服系統是機電產品中的重要環節，它能提供最高水平的動態響應和扭矩密度，所以驅動系統的發展趨勢是用交流伺服驅動器取替傳統(tong)的(de)(de)液壓、直流、步進和(he)AC變頻調速驅動，以(yi)便使系統(tong)性能(neng)達到一(yi)個全新(xin)的(de)(de)水平，包(bao)括(kuo)更短(duan)的(de)(de)周期(qi)、更高的(de)(de)生產率(lv)、更好(hao)的(de)(de)可靠(kao)性和(he)更長的(de)(de)壽命。為了實現伺服(fu)(fu)電(dian)機(ji)的(de)(de)更好(hao)性能(neng)，就(jiu)必須(xu)對伺服(fu)(fu)電(dian)機(ji)的(de)(de)一(yi)些使用特點有所了解。

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