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伺服系統是機電產品中的重要環節，它能提供高水平的動態響應和扭矩密度，所以拖動系統的發展趨勢是用交流伺服驅動取替傳統的液壓、直流、步進和AC變頻調速驅動，以便使系統性能達到一個全新的水平，包括更短的周期、更高的生產率、更好的可靠性和更長的壽命。為了實現伺服電機的更好性能，就必須對伺服電機的一些使用特點有所了解，下面就跟隨華科星電氣小(xiao)編一(yi)起來學習(xi)一(yi)下(xia)吧。
一、噪聲，不穩定
在一(yi)些機(ji)械(xie)上使用伺(si)(si)服電(dian)(dian)機(ji)時(shi)(shi)，經常會發生噪(zao)聲(sheng)過大，電(dian)(dian)機(ji)帶動(dong)負載(zai)運轉不穩定等現(xian)象，出現(xian)此問題時(shi)(shi)，許多使用者的第一(yi)反應就是(shi)(shi)伺(si)(si)服電(dian)(dian)機(ji)質量不好，因為(wei)有(you)時(shi)(shi)換(huan)成步進電(dian)(dian)機(ji)或(huo)是(shi)(shi)變頻電(dian)(dian)機(ji)來拖(tuo)動(dong)負載(zai)，噪(zao)聲(sheng)和不穩定現(xian)象卻反而小很多。表面上看(kan)，確實是(shi)(shi)伺(si)(si)服電(dian)(dian)機(ji)的原(yuan)故，但我們仔細分(fen)析(xi)伺(si)(si)服電(dian)(dian)機(ji)的工(gong)作原(yuan)理后，會發現(xian)這(zhe)種(zhong)結論(lun)是(shi)(shi)完全(quan)錯誤的。
交流伺服系(xi)統(tong)包括(kuo)：伺服驅(qu)動(dong)、伺服電機(ji)和一個反饋傳(chuan)感器(qi)。所有(you)這些部件(jian)都在一個控制閉(bi)環系(xi)統(tong)中運行：驅(qu)動(dong)器(qi)從(cong)外部接收參數信(xin)息，然后將一定(ding)(ding)電流輸送給電機(ji)，通(tong)過(guo)(guo)電機(ji)轉換成(cheng)扭矩帶(dai)動(dong)負載，負載根據(ju)它(ta)自己(ji)的(de)特性進行動(dong)作(zuo)或加減速(su)，傳(chuan)感器(qi)測(ce)量負載的(de)位(wei)置(zhi)，使驅(qu)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)對設(she)定(ding)(ding)信(xin)息值和實際位(wei)置(zhi)值進行比較，然后通(tong)過(guo)(guo)改變(bian)(bian)電機(ji)電流使實際位(wei)置(zhi)值和設(she)定(ding)(ding)信(xin)息值保持一致，當負載突然變(bian)(bian)化(hua)引起(qi)速(su)度(du)變(bian)(bian)化(hua)時(shi)(shi)，偏碼器(qi)獲知這種速(su)度(du)變(bian)(bian)化(hua)后會馬(ma)上反應(ying)(ying)給伺服驅(qu)動(dong)器(qi)，驅(qu)動(dong)器(qi)又通(tong)過(guo)(guo)改變(bian)(bian)提(ti)供給伺服電機(ji)的(de)電流值來滿(man)足負載的(de)變(bian)(bian)化(hua)，并重新返回到設(she)定(ding)(ding)的(de)速(su)度(du)。交流伺服系(xi)統(tong)是一個響應(ying)(ying)非常高的(de)全閉(bi)環系(xi)統(tong)，負載波動(dong)和速(su)度(du)較正(zheng)之間的(de)時(shi)(shi)間滯后響應(ying)(ying)是非常快的(de)，此時(shi)(shi)，真正(zheng)限制了系(xi)統(tong)響應(ying)(ying)效果的(de)是機(ji)械(xie)連接裝(zhuang)置(zhi)的(de)傳(chuan)遞時(shi)(shi)間。
舉(ju)一(yi)個簡單(dan)例子：有一(yi)臺機(ji)械(xie)，是用伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)通過V形帶傳(chuan)動一(yi)個恒定(ding)速度、大慣性的負載。整個系統需要獲得(de)恒定(ding)的速度和較快的響應特性，分析其動作過程。
當(dang)驅(qu)動器將(jiang)電(dian)(dian)流送到(dao)電(dian)(dian)機(ji)時(shi)，電(dian)(dian)機(ji)立即產生扭矩(ju)；一開始，由于(yu)V形帶(dai)會(hui)(hui)有彈性，負載(zai)不會(hui)(hui)加(jia)(jia)速(su)到(dao)像電(dian)(dian)機(ji)那樣快；伺服(fu)電(dian)(dian)機(ji)會(hui)(hui)比負載(zai)提前到(dao)達設定的(de)(de)(de)速(su)度，此(ci)(ci)時(shi)裝在電(dian)(dian)機(ji)上的(de)(de)(de)偏碼器會(hui)(hui)削弱電(dian)(dian)流，繼(ji)而削弱扭矩(ju)；隨著(zhu)V型(xing)帶(dai)張力(li)的(de)(de)(de)不斷(duan)增(zeng)加(jia)(jia)會(hui)(hui)使(shi)電(dian)(dian)機(ji)速(su)度變慢，此(ci)(ci)時(shi)驅(qu)動器又(you)會(hui)(hui)去(qu)增(zeng)加(jia)(jia)電(dian)(dian)流，周而復始。
在此例中，系統是(shi)振(zhen)蕩的(de)(de)(de)，電(dian)機(ji)扭矩是(shi)波動(dong)的(de)(de)(de)，負載(zai)速度也(ye)隨(sui)之波動(dong)。其結果當然會(hui)是(shi)噪音、磨損、不(bu)(bu)穩定了。不(bu)(bu)過，這都不(bu)(bu)是(shi)由(you)伺服(fu)(fu)電(dian)機(ji)引起的(de)(de)(de)，這種噪聲和不(bu)(bu)穩定性，是(shi)來源于(yu)機(ji)械(xie)傳動(dong)裝置，是(shi)由(you)于(yu)伺服(fu)(fu)系統反(fan)應速度（高）與機(ji)械(xie)傳遞或者反(fan)應時間（較長）不(bu)(bu)相(xiang)匹配而引起的(de)(de)(de)，即(ji)伺服(fu)(fu)電(dian)機(ji)響應快于(yu)系統調整新的(de)(de)(de)扭矩所(suo)需的(de)(de)(de)時間。
找到了(le)問題根源所在，再來(lai)解決當然就(jiu)容(rong)易(yi)多(duo)了(le)，針對(dui)以上例子，您可以：
（1）增加機(ji)械(xie)剛性和(he)降低(di)系統的慣性，減少(shao)機(ji)械(xie)傳動部(bu)位(wei)的響(xiang)應時間(jian)，如(ru)把V形帶更換成直接絲桿(gan)傳動或用(yong)齒輪(lun)箱(xiang)代替V型帶；
（2）降低(di)伺(si)服系(xi)統的(de)(de)響應速度，減少(shao)伺(si)服系(xi)統的(de)(de)控制(zhi)帶寬，如(ru)降低(di)伺(si)服系(xi)統的(de)(de)增益參數值(zhi)。
當然，以上(shang)只是噪聲、不穩定的原因之(zhi)一，針對不同(tong)的原因，會(hui)有不同(tong)的解決辦法，如由機械共振引起的噪聲，在伺服(fu)方面可采取共振抑制，低通濾波等方法，總之(zhi)，噪聲和不穩定的原因，基本上(shang)都不會(hui)是由于伺服(fu)電機本身所造成。
二、慣性匹配
在伺服(fu)系統選型及(ji)調試中(zhong)，常會碰到慣量(liang)問題！
具體表現為：
1、在伺服系(xi)統(tong)選(xuan)型時，除考慮電機(ji)(ji)的(de)(de)扭矩(ju)和額(e)定速(su)度等等因(yin)素外，我們還需要(yao)先計算得知(zhi)機(ji)(ji)械系(xi)統(tong)換(huan)算到電機(ji)(ji)軸的(de)(de)慣量(liang)，再根據機(ji)(ji)械的(de)(de)實際動作要(yao)求(qiu)及加工件質量(liang)要(yao)求(qiu)來具體選(xuan)擇(ze)具有合適慣量(liang)大(da)小的(de)(de)電機(ji)(ji)。
2、在(zai)(zai)調(diao)試時（手動(dong)模式下），正確設定慣(guan)量比參(can)(can)數(shu)是充(chong)分發(fa)揮機械及伺服系統(tong)最佳效能的前題，此點(dian)在(zai)(zai)要求高(gao)速高(gao)精(jing)度的系統(tong)上表現由為突(tu)出(chu)（臺達伺服慣(guan)量比參(can)(can)數(shu)為1-37，JL/JM）。這樣(yang)，就(jiu)有了慣(guan)量匹配(pei)的問題！
那到底什么(me)是“慣量匹(pi)配”呢?
1、根據牛頓第(di)二定律：“進給系(xi)統所需(xu)力矩(ju)T=系(xi)統傳動慣量(liang)J×角加(jia)速度θ
角加速度(du)θ影(ying)響系(xi)統的(de)動態特性，θ越(yue)小(xiao)(xiao)，則由控制(zhi)器發出(chu)指令(ling)到系(xi)統執(zhi)行(xing)完畢(bi)的(de)時間越(yue)長，系(xi)統反應越(yue)慢。如果θ變(bian)化，則系(xi)統反應將(jiang)忽快忽慢，影(ying)響加工精度(du)。由于馬達選定后最(zui)大(da)輸(shu)出(chu)T值(zhi)不(bu)變(bian)，如果希(xi)望θ的(de)變(bian)化小(xiao)(xiao)，則J應該(gai)盡量小(xiao)(xiao)。
2、進(jin)給軸(zhou)的總慣(guan)量(liang)“J=伺服電機的旋轉慣(guan)性動量(liang)JM+電機軸(zhou)換算的負載慣(guan)性動量(liang)JL
負載慣(guan)量(liang)JL由（以工具機(ji)為例(li)(li)）工作臺及上(shang)面裝(zhuang)的(de)夾具和工件、螺桿、聯軸(zhou)器(qi)等直線和旋轉(zhuan)運(yun)動件的(de)慣(guan)量(liang)折合到馬達軸(zhou)上(shang)的(de)慣(guan)量(liang)組成。JM為伺服電機(ji)轉(zhuan)子(zi)慣(guan)量(liang)，伺服電機(ji)選定后，此值就為定值，而JL則隨工件等負載改(gai)變(bian)而變(bian)化。如(ru)果希(xi)望J變(bian)化率小些，則最好使JL所占(zhan)比例(li)(li)小些。這就是(shi)通俗(su)意義上(shang)的(de)“慣(guan)量(liang)匹配”。
知道了什(shen)么(me)是慣(guan)量匹配(pei)，那慣(guan)量匹配(pei)具體有(you)什(shen)么(me)影響又如何確定呢(ni)?
影響：
傳動(dong)慣(guan)量(liang)對(dui)伺服(fu)(fu)系(xi)統的(de)(de)精(jing)度，穩定性，動(dong)態響應(ying)(ying)都有(you)影(ying)響，慣(guan)量(liang)大，系(xi)統的(de)(de)機械常(chang)數大，響應(ying)(ying)慢，會使系(xi)統的(de)(de)固有(you)頻率下降，容易產生諧振，因而限制了伺服(fu)(fu)帶寬，影(ying)響了伺服(fu)(fu)精(jing)度和響應(ying)(ying)速(su)度，慣(guan)量(liang)的(de)(de)適當增大只有(you)在改(gai)善低(di)速(su)爬行時(shi)(shi)有(you)利，因此，機械設計時(shi)(shi)在不影(ying)響系(xi)統剛度的(de)(de)條件下，應(ying)(ying)盡量(liang)減小慣(guan)量(liang)。
確定：
衡量(liang)機(ji)(ji)械系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)動(dong)態特性時(shi)，慣量(liang)越(yue)(yue)小，系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)動(dong)態特性反應越(yue)(yue)好；慣量(liang)越(yue)(yue)大，馬(ma)達的(de)(de)(de)負載(zai)也就越(yue)(yue)大，越(yue)(yue)難控制，但機(ji)(ji)械系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)慣量(liang)需和馬(ma)達慣量(liang)相匹配(pei)才行。不同的(de)(de)(de)機(ji)(ji)構，對慣量(liang)匹配(pei)原則有(you)不同的(de)(de)(de)選擇，且有(you)不同的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用表現。例如，CNC中心機(ji)(ji)通過伺(si)服電機(ji)(ji)作(zuo)(zuo)高速(su)切削時(shi)，當負載(zai)慣量(liang)增加時(shi)，會發生：
（1）控制指(zhi)令改變(bian)時，馬(ma)達需花費較多(duo)時間才(cai)能達到(dao)新(xin)指(zhi)令的速度要求(qiu)。
（2）當(dang)機臺沿二(er)軸(zhou)執行弧式曲(qu)線快速切(qie)削時，會發生較大誤(wu)差：
①一般伺服電機通常狀況(kuang)下，當JL≦JM，則上(shang)面(mian)的問(wen)題不(bu)會發生(sheng)；
②當JL=3×JM，則馬(ma)達的可控性會(hui)些(xie)微降低(di)，但對平常的金屬切削不(bu)會(hui)有影響（高速(su)曲線切削一般建議JL≦JM）；
③當JL≧3×JM，馬達的可控性會明顯下降，在高速曲線(xian)切削時表現突出。
不同(tong)的機構動(dong)作及加工(gong)質量(liang)要(yao)求(qiu)對JL與JM大(da)小(xiao)關系有不同(tong)的要(yao)求(qiu)，慣性(xing)匹配的確定(ding)需要(yao)根據(ju)機械的工(gong)藝特點(dian)及加工(gong)質量(liang)要(yao)求(qiu)來確定(ding)。
三、伺服電機選型
在選擇好(hao)機(ji)械(xie)傳(chuan)動方案以后，就必須(xu)對伺(si)服電(dian)機(ji)的型號和(he)(he)大小進行(xing)選擇和(he)(he)確認。
（1）選(xuan)(xuan)型條(tiao)件 — 一般(ban)情況(kuang)下，選(xuan)(xuan)擇伺(si)服電機需滿足下列(lie)情況(kuang)：
● 馬達最大(da)轉速>系(xi)統所(suo)需之最高移動(dong)轉速；
● 馬達的轉子慣(guan)量與負(fu)載慣(guan)量相匹配(pei)；
● 連續(xu)負(fu)載工作扭(niu)力≦馬達額(e)定扭(niu)力；
● 馬達(da)最大輸(shu)出扭力(li)(li)>系統(tong)所需最大扭力(li)(li)。
（2）選(xuan)型計算：
● 慣(guan)量匹配計算(suan)
● 回轉(zhuan)速度計(ji)算
● 負載扭矩計算
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