伺服系统的发展和优点 

    二十世纪 80 年代早期，当机械制造公司为汽车制造引擎和变速箱时，每分钟的停工成
本逾千美元，制造商需要一种解决办法保护开工率，并且一旦出现故障，应当尽快地恢

 

复生产。满足最长开工期的需求最终成为了伺服系统得以应用的催化剂。

    长期以来，伺服动作控制作为昂贵的元件集合，服务于要求精度和过程效率的高性能
应用。现如今，批量生产和技术革新使成本降低，伺服系统频繁地出现在低性能应用中，
在这里伺服系统的优点得以呈现，但总成本没有增加。

    为了更好地理解伺服系统在包装的各个领域中的优势，首先需要对运动控制系统有一

 

个基本的了解，尤其是伺服电机和伺服传动机构。

    

 

一个基本的运动控制系统包括：

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　运动控制器： 运动控制器是运动控制系统的大脑，向伺服电机发出执行指示。

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　伺服电机： 伺服电机是动作控制系统的肌肉，将伺服传动机构的电能转化为使机

器动作的机械能。
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　伺服传动机构（亦称为增强器）： 伺服传动机构或增强器，接收动作控制器发出

 

的低级指令，然而大幅度地增强这些指令，向伺服电机提供必要的能量。
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　反馈设施： 反馈设施，如编码器或解算器，将实时方位和速度信息反馈给动作控

 

制器。

    

 

伺服电机

    伺服电机以其快速加速和减速的能力而闻名遐迩，通过高峰值扭矩和高扭矩-惯矩比实
现这种能力，可以为功率需求从几百瓦到 75kW 以上的应用提供服务。伺服电机在机床和
自动机器等传统的动作控制应用中表现出卓越的动力反应和精确度。伺服电机可以按照以
下四个标准分类：磁体类型（感应或永磁），机械技术（旋转或线性），电气技术（交

 

流无刷或直流电刷）以及结构（壳体式或无框架式）。

    感应或异步伺服电机通过转子磁场和定子磁场的转速之差产生扭矩。差值（称为转差）
越大，扭矩越高。在伺服电机的定子上施予交流电，随后在转子感应产生出一个磁场，这

 

就是此类电机被称为感应电机的原因。异步伺服电机多数应用于高功率的工况中。

    永磁磁铁或同步伺服电机的定子与感应电机相似。但是与感应伺服电机不同的是，这种
电机的转子上装配着永磁磁铁。转子和定子的磁场同时、同步、以相同的速度旋转。当电机

 

上施加负荷时，磁极间出现位置调准的微差，由此产生扭矩。微差越大，扭矩越高。

    伺服电机通常产生旋转动作，然后通过机械元件转化为线性动作。然而线性伺服电机可
以直接产生线性动作，无需附加的机械元件。线性伺服电机既可以是感应电机，也可以是
永磁磁铁电机。其优点在于，线性伺服电机能够比旋转伺服电机获得更高的加速/减速比、
电位精度和速度。但是旋转伺服电机通过齿轮箱和类似的传动系元件以速度换取扭矩来获
得扭矩的成倍增加。而线性伺服电机必须直接产生应用所需的全部力，因此它们常常仅限