伺服电机选型要求及注意事项

伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。根据使用电源不同：分直流伺服电机和交流伺服电机。他两在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。伺服电机可以实现精确控制，你让它转多少它就转多少，而且它还会反馈，实现所谓的闭环，由编码器去反馈看是否确实转了那么多，这样控制精度就更高。

我们知道步进电机的精度以步距来衡量，市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度(五相电机)、0.9度/1.8度(二、四相电机)、1.5度/3度 (三相电机)德国百格拉公司(BERGER LAHR)生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°。我们以步距角为0.036°的步进电机为例。

0.036=360/10000

假设给这个步进电机后端加上编码器，那么公式相当于电机转一圈编码器发出10000个脉冲，编码器分辨率是10000。

伺服电机的精度是电机后端的编码器分辨率来衡量的，现在伺服编码器分辨率达到2的23次方，可见伺服电机的精度远远比步进电机精度高。

普通电机上电就转，没电就停，除了转如果还非要说它有什么功能的话那就是正反转。

提供伺服电机选型流程

1、负载机构(确定机构类型以及其细节数据，如滚珠丝杆长度、滚珠丝杆的直径、行程和带轮直径等)

2、动作模式(决定控制对象部分的动作模式，时间与速度的关系;将控制对象的动作模式换算为电机轴上的动作形式;确定运行模式，包括加速时间(ta)、匀速时间(tu)、减速时间(td)、停止时间(ts)、循环时间(tc)和运动距离(L)等参数)

3、负载的惯量、转矩和转速(我们在选型时，是根据扭矩来选择功率!)

4、定位精度(确认编码器的脉冲数是否满足系统要求规格的分辨率)

5、使用环境(如环境温度、湿度、使用环境大气及振动冲击等等)

自动化领域指如今的大热门，而伺服电机在其中占有重要地位，通常用于项目中较精确的速度或位置控制部件的驱动。自动化设备的设计者常常需要面临各种各样不同需求的电机选型问题，而供应商提供的电机也是五花八门，参数多如牛毛，常常使初学者一头雾水，本文仅根据作者的实际工作经历做一些分享，望能够给需要者提供一些帮助。

1.应用场景

自动化领域的控制型电机可分为伺服电机、步进电机、变频电机等。在需要较为精确的速度或位置控制的部件，会选择伺服电机驱动。变频器+变频电机的控制方式，是通过改变输入电机的电源频率而改变电机转速的控制方法。一般只用于电机的调速控制。伺服电机与步进电机相比：a) 伺服电机使用闭环控制，步进电机为开环控制;b) 伺服电机使用旋转编码器计量精度，步进电机使用步距角。普通产品级别上前者的精度可达后者的百倍数量级;c) 控制方式相似(脉冲或方向信号)。

2.供电电源

伺服电机从供电电源上区分可分为交流伺服电机和直流伺服电机。二者还是比较好选择的。一般的自动化设备，甲方都会提供标准的380V工业电源或220V电源，此时选择对应电源的伺服电机即可，免去电源类型的转换。但有一些设备，比如立体仓库中的穿梭板、AGV小车等，由于本身的移动性质，大部分使用自带直流电源，所以一般使用直流伺服电机。

3.抱闸

根据动作机构的设计，考虑在停电状态下或静止状态下，是否会造成对电机的反转趋势。如果有反转趋势，就需要选择带抱闸的伺服电机。

4.选型计算

选型计算前，首先要确定的是机构末端的位置和速度要求，再者确定传动机构。此时即可选择伺服系统和对应的减速器。选型过程中，主要考虑以下参数：

功率和速度

根据结构形式和最终负载的速度和加速度要求，计算电机所需功率和速度。值得注意的是，通常情况下需要结合所选电机的速度选取减速机的减速比。在实际选型过程中，比如负载为水平运动，因为各个传动机构的摩擦系数和风载系数的不确定性，公式P=T*N/9549往往无法明确计算(无法精确计算扭矩的大小)。而在实践过程中，也发现使用伺服电机所需功率最大处往往是加减速阶段。所以，通过T=F*R=m*a*R可定量计算所需电机的功率大小和减速机的减速比(m：负载质量;a：负载加速度;R：负载旋转半径)。

每种类型的伺服电机的规格中都有额定转矩、最大转矩、伺服电机惯量等参数。每个参数与负载扭矩和负载惯性之间必须有相关性。伺服电机的输出转矩必须满足机构的加速度和重量等负荷机构的运动条件的要求。机构的运动条件(水平和垂直旋转)与伺服电机的输出没有直接关系，但一般情况下，伺服电机的输出越高，相对输出扭矩越高。

伺服电机的选用不仅受机构重量的影响，同时设备运动条件也会改变伺服电机的选用。惯性越大，加减速扭矩越大，加减速时间越短，伺服电机输出扭矩越大。选择伺服电机规格时，请遵循以下步骤。

(1)初始选择伺服电机的最高输出功率扭矩必须大于加速扭矩+负载扭矩时，必须选择其他模型进行验证，直到符号满足要求。

(2)负载力矩是根据负载重量、结构、摩擦系数和运行效率计算的。

(3)根据运行条件的要求，选择适当的负荷惯性量修正公式，计算机构的负荷惯性量。

(4)根据负载惯量和伺服电机惯量，选择合适的假选定伺服电机规格。

(5)根据负载扭矩、加速扭矩、减速扭矩和保持扭矩计算连续瞬时扭矩。

(6)定义了载荷机构的运动条件，即加减速速度、运动速度、机构重量、机构运动等。

(7)结合主伺服电机的惯性和负载惯性，计算了加速扭矩和减速扭矩。

(8)完成选择。

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审核编辑 黄宇