來源：控制工程網(wǎng)

摘要：伺服系統(tǒng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)不僅僅是功率和價(jià)格。在比較伺服裝置時(shí)不能忽略的重要特性包括：額定轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速、過負(fù)載時(shí)間、轉(zhuǎn)矩慣量比、分辨率、質(zhì)量和穩(wěn)定性等。

　　有一種比較常見的觀點(diǎn)，兩個(gè)具有相同功率范圍、但是由不同制造商生產(chǎn)的伺服裝置，性能水平相差不多，其它能夠作為比較重要點(diǎn)的僅有價(jià)格。本文將會(huì)顛覆這個(gè)觀點(diǎn)。在比較伺服裝置時(shí)不能忽略的重要特性包括：額定轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速、過負(fù)載時(shí)間、轉(zhuǎn)矩慣性比、分辨率、頻率響應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)解決方案、外形尺寸、質(zhì)量和穩(wěn)定性。
　　伺服電機(jī)扭矩
　　伺服系統(tǒng)的工作范圍被分為兩類：連續(xù)工作和間歇工作（見圖1）。連續(xù)工作范圍表示伺服輸出扭矩可以以24/7模式工作，而不會(huì)導(dǎo)致過熱或者損壞電機(jī)。間歇工作范圍指的是伺服輸出的扭矩?cái)?shù)值組只能維持很短的時(shí)間。這種爆發(fā)式的扭矩一般用于加速、減速、或者應(yīng)對突發(fā)的負(fù)載波動(dòng)。

圖1：該圖顯示的是典型的扭矩轉(zhuǎn)速曲線CONTROL?ENGINEERING?China版權(quán)所有，比較了連續(xù)（A）和間歇（B）工作區(qū)域。

　　不幸的是，扭矩和轉(zhuǎn)速等級(jí)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制市場上并不統(tǒng)一。在間歇工作范圍時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，伺服裝置能夠連續(xù)輸出扭矩的時(shí)間（有時(shí)候被稱之為過載時(shí)間），隨著生產(chǎn)制造商的不同而有很大的變化，而對此一般并沒有明確的規(guī)定。僅僅這一特點(diǎn)就導(dǎo)致一個(gè)伺服系統(tǒng)能夠執(zhí)行的任務(wù)類型有很大的不同。在為伺服裝置選型時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，需要記住的是，RMS（或者簡單的說，平均）扭矩需求必須在連續(xù)工作范圍內(nèi)，這樣伺服裝置就可以連續(xù)工作而不會(huì)導(dǎo)致過熱。伺服電機(jī)所能工作的周期，取決于它所能散發(fā)出去的熱量。
　　在用戶的機(jī)器上，選取兩種不同品牌的伺服裝置，它們的外形尺寸基本相似（見圖2），進(jìn)行了一次測試。盡管它們的外形尺寸基本相同，但是它們的功率等級(jí)卻有差異：一個(gè)額定功率為750W，另外一個(gè)為860W。在對機(jī)器的運(yùn)行完成多個(gè)測試后，所得出的結(jié)論為：750W的電機(jī)性能更優(yōu)，明顯更適合于該應(yīng)用。這樣的結(jié)果看起來有點(diǎn)違反常識(shí)，但是如果你明白，并不是所有伺服裝置的額定扭矩都是在相同的轉(zhuǎn)速上測量得到的。

圖2：如圖中所示的試驗(yàn)臺(tái)架，可測量性能，并比較伺服系統(tǒng)的特性。

　　電機(jī)功率公式由扭矩和轉(zhuǎn)速來表征，但是在運(yùn)動(dòng)控制工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，對伺服裝置來講，這兩者都沒有標(biāo)準(zhǔn)的額定數(shù)值。因此，在選擇電機(jī)時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，非常關(guān)鍵的一點(diǎn)是在機(jī)器運(yùn)行轉(zhuǎn)速上選擇所需的扭矩，而不是只盯著功率等級(jí)。在相同的功率下，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，可以是提供較大扭矩和較低轉(zhuǎn)速的繞線方式，也可以是較高轉(zhuǎn)速和較小扭矩的繞線方式。
　　伺服慣量
　　到目前為止，我們只討論了扭矩、轉(zhuǎn)速和功率。在選擇伺服裝置時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，慣量是必須考慮的另外一個(gè)非常重要的技術(shù)參數(shù)。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量和負(fù)載慣量（負(fù)載和電機(jī)的主軸耦合）之間的比值非常關(guān)鍵。根據(jù)定義，伺服電機(jī)是閉環(huán)系統(tǒng)，其控制邏輯持續(xù)不斷的改變電機(jī)中的電流。輸送到電機(jī)的電流是根據(jù)復(fù)雜的算法計(jì)算出來的，該算法考慮位置、轉(zhuǎn)速、扭矩的指令和反饋之間的差異。
　　電機(jī)和負(fù)載之間的慣量比能夠顯著的影響伺服系統(tǒng)精確的控制電機(jī)的能力。如果比例過高，電機(jī)就會(huì)過調(diào)，導(dǎo)致波動(dòng)。這些波動(dòng)可能是微不足道的控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，比如在停機(jī)時(shí)的輕微擺動(dòng)；也可能非常大的，比如劇烈、嘈雜的振動(dòng)，這種振動(dòng)有可能損害機(jī)器?，F(xiàn)在高性能的伺服電機(jī)具有低慣量、永磁體轉(zhuǎn)子，可以以較小的體積提供較大的扭矩。非常重要的是選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)械傳動(dòng)裝置（比如，齒輪箱、滾珠螺桿或者皮帶輪）來實(shí)現(xiàn)可接受范圍內(nèi)的負(fù)載/轉(zhuǎn)子慣量比：
　　■?10：1平均性能；
　　■?5：1較高性能；
　　■?1：1最高性能。
　　伺服系統(tǒng)分辨率
　　另外一個(gè)重要因素是反饋裝置的分辨率。解碼器的分辨率在不斷提高。解碼器具有20位或更高的分辨率，并不是不常見。20位的解碼器，在每個(gè)循環(huán)內(nèi)具有超過一百萬次的脈沖。要記住，伺服的目的是確定指令和實(shí)際位置之間的偏差，并將其逐步縮小到零。分辨率越高，伺服系統(tǒng)就能越快的確定運(yùn)動(dòng)，并采取校正動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)更具剛性、更精確的負(fù)載控制。
　　伺服系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和帶寬
　　伺服系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算和輸出電流的能力，是伺服系統(tǒng)變化比較大的另外一個(gè)方面。頻率響應(yīng)是伺服系統(tǒng)度量其跟隨指令信號(hào)變化的一個(gè)能力。
　　伺服系統(tǒng)帶寬的定義：當(dāng)正弦波信號(hào)指令加載到轉(zhuǎn)速回路，正弦波的頻率就會(huì)增加，直到伺服不能再改變軸的轉(zhuǎn)速來匹配指令信號(hào)為止。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速回落到指令信號(hào)的70.7%（-3dB）時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，此時(shí)所測量的頻率就是帶寬。在過去24年間，高性能伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)速回路的帶寬已經(jīng)增加了10倍，從最初的不足100Hz到現(xiàn)在的超過1KHz。
　　伺服系統(tǒng)控制
　　隨著電源技術(shù)的進(jìn)步，伺服系統(tǒng)改進(jìn)了很多。大多數(shù)現(xiàn)代伺服系統(tǒng)都具有基于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，這樣可以降低實(shí)施成本，提升診斷功能。接線量的降低也能提高OEM進(jìn)行多軸系統(tǒng)調(diào)試時(shí)的速度www.cechina.cn，這樣就可以獲取更高的利潤和更大的產(chǎn)量。在當(dāng)今通訊不斷增長的年代www.cechina.cn，無論是對伺服系統(tǒng)控制還是在生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與SCADA系統(tǒng)之間信息的處理，網(wǎng)絡(luò)的連接性都絕對是必須的。增加的故障診斷功能能夠降低停機(jī)時(shí)間，允許支持人員遠(yuǎn)程快速排除故障問題。
　　盡管伺服裝置的性能已經(jīng)獲得提升，放大器和控制器中的電子元件的尺寸卻在不斷減小。較高散熱效率的設(shè)計(jì)所需要的放大器彼此間的空間較小。這些進(jìn)步有助于縮小電子設(shè)備的外形尺寸，從而可以顯著的降低整個(gè)系統(tǒng)的費(fèi)用。較小的控制機(jī)柜以及由此所節(jié)約的物理空間，可以用于實(shí)現(xiàn)工廠車間更有效的利用。
　　伺服系統(tǒng)質(zhì)量
　　當(dāng)然，如果系統(tǒng)質(zhì)量不過關(guān)，那么前述特性所帶來的好處也是有限的。非常重要的一點(diǎn)是，應(yīng)當(dāng)選擇具有可追蹤記錄的高質(zhì)量生產(chǎn)制造商，并且要有數(shù)據(jù)支持。平均故障間隔時(shí)間是產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性度量的一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在采購前索取這些信息，可以幫助你選擇一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制合作伙伴，其產(chǎn)品具有較低的整個(gè)生命周期使用費(fèi)用。
　　在采購伺服系統(tǒng)前，有很多因素需要考慮。下一次，在比較伺服裝置時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，要記住確定真正價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止功率和價(jià)格。（作者：Jerry?Tyson，Michael?Miller）