伺服电动机（或称执行电动机）是自动控制系统和计算装置中大范围的应用的一种执行元件。其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度。按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。

  1、结构和原理交流伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机相似，它的定子上装有两个在空间相差90°电角度的绕组，即励磁绕组和控制绕组。运行时励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压，控制绕组上则加大小或相位随信号变化的控制电压。转子的结构及形式笼型转子和空心杯型转子两种。

  笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同，但转子做的细长，转子导体用高电阻率的材料作成。其目的是为了减小转子的转动惯量，增加启动转矩对输入信号的快速反应和克服自转现象。空心杯形转子交流伺服电动机的定子分为外定子和内定子两部分。外定子的结构与笼型交流伺服电动机的定子相同，铁心槽内放有两相绕组。

  空心杯形转子由导电的非磁性材料（如铝）做成薄壁筒形，放在内、外定子之间。杯子底部固定于转轴上，杯臂薄而轻，厚度一般在0.2—0.8mm，因而转动惯量小，动作快且灵敏。交流伺服电动机的工作原理和单相异步电动机相似，LL是有固定电压励磁的励磁绕组，LK是有伺服放大器供电的控制绕组，两相绕组在空间相差90°电角度。

  如果IL与Ik的相位差为90°，而两相绕组的磁动势幅值又相等，这种状态称为对称状态。与单相异步电动机一样，这时在气隙中产生的合成磁场为一旋转磁场，其转速称为同步转速。旋转磁场与转子导体相对切割，在转子中产生感应电流。

  转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩，使转子旋转。如果改变加在控制绕组上的电流的大小或相位差，就破坏了对称状态，使旋转磁场减弱，电动机的转速下降。电机的工作状态越不对称，总电磁转矩就越小，当除去控制绕组上信号电压以后，电动机立马停止转动。这是交流伺服电动机在运行上与普通异步电动机的区别。

  （1）幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变，改变控制电压的大小。

  （2）相位控制控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。

  （3）幅值—相位控制同时改变控制电压幅值和相位。交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。

  2工作特性和用途伺服电动机的工作特性是以机械特性和调节特性为表征。在控制电压一定时，负载增加，转速下降；它的调节特性是在负载一定时，控制电压越高，转速也越高。伺服电动机有三个显著特点：

  （1）启动转矩大由于转子导体电阻很大，可使临界转差率Ｓｍ＞１，定子一加上控制电压，转子立即启动运转．

  （３）无自转现象控制信号消失后，电动机旋转不停的现象称＂自转＂．自转现象破坏了伺服性，显然要避免．正常运作的伺服电动机只要失去控制电压后，伺服电动机就处于单相运作时的状态。由于转子导体电阻足够大，使得总电磁转矩始终是制动性的转矩，当电动机正转时失去Ｕｋ（控制电压），产生的转矩为负（０＜Ｓ＜１）。而反转时失去UK，产生的转矩为正（1〈S〈2时〉，不会产生自转现象，能自行制动，迅速停止运转，这也是交流伺服电动机与异步电动机的重要区别。

  不同类型的交流伺服电动机具有不一样的特点。笼型转子交流伺服电动机具有励磁电流较小、体积较小、机械强度高等特点；但是低速运行不够平稳，有抖动现象。

  空心杯形转子交流伺服电动机具有结构相对比较简单、维护方便、转动惯量小、运行平滑、噪声小、没有无线电干扰、无抖动现象等优点；但是励磁电流比较大，体积也较大，转子易变形，性能上不及直流伺服电动机。交流伺服电动机适用于0.1—100W小功率自动控制系统中，频率有50Hz、400Hz等多种。

  笼型转子交流伺服电动机产品为SL系列。空心杯形转子交流伺服电动机为SK系列，用于要求运行平滑的系统中。二、直流伺服电动机直流伺服电动机的基本结构与普通他励直流电动机一样，所不同的是直流伺服电动机的电枢电流很小，换向并不困难，因此都不用装换向磁极，并且转子做得细长，气隙较小，磁路不饱和，电枢电阻较大。

  按励磁方法不一样，可分为电磁式和永磁式两种，电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁绕组产生，一般用他励式；永磁式直流伺服电动机的磁场由永久磁铁产生，无需励磁绕组和励磁电流，可减小体积和损耗。为了适应任何不同系统的需要，从结构上作了许多改进，又发展了低惯量的无槽电枢、空心杯形电枢、印制绕组电枢和无刷直流伺服电动机等品种。

  电磁式直流伺服电动机的工作原理和他励式直流电动机同，因此电磁式直流伺服电动机有两种控制转速方式：电枢控制和磁场控制。对永磁式直流伺服电动机来说，当然只有电枢控制调速一种方式。由于磁场控制调速方式的性能不如电枢控制调速方式，故直流伺服电动机一般都采用电枢控制调速。

  直流伺服电动机转轴的转向随控制电压的极性改变而改变。直流伺服电动机的机械特性与他励直流电动机相似，即n=n0-αT。当励磁不变时，对不同电压Ua有一组下降的平行直线。直流伺服电动机适用于功率稍大（1—600W）的自动控制系统中。

  与交流伺服电动机相比，它的调速线性好，体积小，质量轻，启动转矩大，输出功率大。但它的结构较为复杂，特别是低速稳定性差，有火花会引起无线电干扰。近年来，发展了低惯量的无槽电枢电动机、空心杯形电枢电动机、印制绕组电枢电动机和无刷直流伺服电动机，来提高快速响应能力，适应自动控制系统的发展需要，如电视摄象机、录音机、X—Y函数记录

  20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列新产品并逐渐完备和更新。

  交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展趋势，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：

  自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列新产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制管理系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为摪胧只瘮或摶旌鲜綌、撊只瘮的永磁交流伺服系统。

  到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂商如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。

  日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中D系列适用于数字控制机床（最高转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。

  由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24％降低到7％，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。

  以生产机床数控装置而著名的日本法奴克（Fanuc）公司，在20世纪80年代中

  期也推出了S系列（13个规格）和L系列（5个规格）的永磁交流伺服电动机。L系列

  日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、大隈铁工所(BL系列）、三洋电气（BL系列）、立石电机（S系列）等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。

  德国力士乐公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。

  德国西门子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类，共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比，重量只有后者的1／2，配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列，最多的可供6个轴的电动机控制。

  德国宝石（BOSCH）公司生产铁氧体永磁的SD系列（17个规格）和稀土永磁的SE系列（8个规格）交流伺服电动机和ServodynSM系列的驱动控制器。

  美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould电子公司一个分部（MotionControlDivision），生产M600系列的交流伺服电动机和A600系列的伺服

  驱动器。后合并到AEG，恢复了Gettys名称，推出A700全数字化的交流伺服系统。

  美国A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM伺服控制器。电动机包括3个机座号共30个规格。

  I.D.（IndustrialDrives）是美国著名的科尔摩根（Kollmorgen）的工业驱动分部，曾生产BR-210、BR-310、BR-510三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的摻鹣盗袛（Goldline）永磁交流伺服电动机，包括B（小惯量）、M（中惯量）和EB（防爆型）三大类，有10、20、40、60、80五种机座号，每大类有42个规格，全部采用钕铁硼永磁材料，力矩范围为0.84～111.2N.m，功率范围为0.54～15.7kW。配套的驱动器有BDS4（模拟型）、BDS5（数字型、含位置控制）和SmartDrive（数字型）三个系列，最大连续电流55A。Goldline系列代表了当代永磁交流伺服技术最新水平。

  爱尔兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部，现合并到AEG，以生产直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而闻名。生产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁交流伺服电动机和八种控制器。

  法国Alsthom集团在巴黎的Parvex工厂生产LC系列（长型）和GC系列（短型）

  原苏联为数字控制机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中ДBy系列采用铁氧体永磁，有两个机座号，每个机座号有3种铁心长度，各有两种绕组数据，共12个规格，连续力矩范围为7～35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁，6个机座号17个规格，力矩范围为0.1～170N.m，配套的是3ДБ型控制器。

  近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统，其中永磁交流伺服电动机有MSMA系列小惯量型，功率从0.03～5kW，共18种规格；中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列，功率从0.75～4.5kW，共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率范围从0.5～5kW，有7种规格。

  韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统，其中FAGA交流伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多种型号，功率从15W～5kW。

  现在常采用摴β时浠蕯（Powerrate）这一综合指标作为伺服电动机的品质因数，衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续（额定）力矩和转子转动惯量之比。

  按功率变化率进行计算分析可知，永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D的Goldline系列为最佳，德国Siemens的IFT5系列次之。

  步进电机每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角度输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。它的驱动方式也比普通的有刷直流电机复杂。 本节我们就来讲讲步进电机最基础的驱动方式。 1)步进电机的内部结构 先粗略地介绍一下主要的两种步进电机：单极性和双极性。 如下图所示，左边是单极性电机;右边是双极性电机。单极性电机线圈内的电流只有一个方向，双极性电机线圈内的电流是双向的： 而相数，则是内部线圈的组数;一般的步进电机都可以看作是两相电机变化而来的。 本文个人会使用最简单的五线)，驱动方法也都是以它来讲的，其他种类的大同小异。就是如下图这种步进电机，以及驱动板： 它内部的接线

  与驱动方法 /

  由C2机器人风扇故障联想到C2机器人的内部结构: 分配图: KRC2主要控制部分-信号传输 KRC2主要控制部分-控制 KRC2主要控制部分-安全回路 KUKA Power SupplyKPS 600电源供给模块: TheKPS 600 的作用: •主要的电源供应 •开始回路的电源供应 •刹车控制(主要6个轴的以及额外2个轴的) •通过Interbus来控制DSE-IBS的界面 •24 V 电压分配 •电路 并且已经获得下面的信号 : 热槽温度,控制柜内部温度,控制柜风扇温度,IC 电压. 通过Interbus在KPS和控

  基于现场总线的网络技术的研究是自动化领域发展的一个热点，CANopen协议是目前流行于欧洲的基于CAN总线应用层的标准协议，对工程设计者来说，研究现场总线的核心任务就是对控制节点进行开发，本文是通过实现伺服电机控制模块的CANopen为协议，说明一个基于CANopen协议的控制网络的组态。 伺服电机控制器在自动控制领域里存在广泛的应用，如纺织机械和印刷机等，为得到理想的速控效果，伺服电机模块除了要在分辨率、线性程度以及转换速率上达到一定的要求外，还应拥有非常良好的在线可控性和实时在线状态检测功能，为此，利用CAN总线高层通信协议CANopen，结合陕西省教育厅“并条机自调匀整”项目对伺服电机控制模块参数的要求，开发了一个具有

  众所周知，激光制导武器是以敏感到的特定激光信号为制导信息。在激光制导武器的半实物仿真系统中，目标仿真和制导仿真具有同等重要的地位。这是因为激光目标模拟的准确性影响到系统的整体仿真精度和可靠性，还可以说目标仿真系统的研制水平决定仿真大系统水平 。因此，目标仿真是提高半实物仿真系统整体精度的关键，“如何逼真地模拟激光目标”就成为仿真中重要的问题 。 目标仿真系统研究的是能够实时精确的模拟战场环境中导引头入瞳处接收到的各种目标反射编码激光的光学特性。具体来说就是在计算机和电机控制器的控制下实时控制激光能量和光斑大小的变化，并以此来模拟激光航弹导引头入瞳处的激光目标特性、能量变化特性和光斑大小变化特性。这种精确的模拟要求对目标

  和运动控制器的目标仿真实时性设计 /

  通过前面的学习，我们已知单片机的内部有ROM、有RAM、有并行I/O口，那么，除了这么多东西之外，单片机内部究竟还有些什么，这些个零碎的东西怎么连在一起的，让我们来对单片机内部作一个完整的分析吧！ 看图（1）（本图太大，请大家找本书看吧，一般讲单片机的书，随便哪本都有）。从图中我们大家可以看出，在51单片机内部有一个CPU用来运算、控制，有四个并行I/O口，分别是P0、P1、P2、P3，有ROM，用来存放程序，有RAM，用来存放中间结果，除此以外还有定时/计数器，串行I/O口，中断系统，以及一个内部的时钟电路。在一个51单片机的内部包含了这么多的东西。 对上面的图进行进一步的分析，我们已知，对并行I/O口的读写只要将数据送入到相应I

  分析（五） /

  在非标自动化设计中，往往离不开伺服电机。电机的种类众多，然而成了许多设计工程师的难题，一直被困扰着。接下来教你如何抉择伺服电机，告诉你伺服电机到底怎么选型。 伺服(Servo)，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度、加速度和力矩。 伺服控制管理系统(servo control system)一-是所有机电一-体化设备的核心，它的基本设计的基本要求是输出量能迅速而准确地响应输入指令的变化，如机械手控制管理系统的目标是使机械手能够按照指定的轨迹进行运动。象这种输出量以一-定准确度随时跟踪输入量(指定目标)变化的控制管理系统称为伺服控制管理系统，因此，伺服系统也称为随动系统或自动跟踪系统。它是以机械量如位移、速度、加速度、力、力

  的选型原则 /

  直线电机和伺服电机的区别 伺服电机通常是一种带有反馈控制管理系统的电机，能够准确的通过控制器的指令实现精确位置、速度或扭矩控制。伺服电机通常适用于需要精密控制的应用，如自动化生产线、机器人等。 直线电机和伺服电机都是用于精确控制运动的电机，但它们的结构和工作原理不一样，下面是它们之间的区别： 结构不同： 直线电机通常是长条形的，沿着一条直线移动，而伺服电机则通常是旋转的，转动轴向可以是垂直或平行于电机的轴线。 工作原理不同： 直线电机利用电磁场作用于电机中的导体，产生直线运动，通常由磁力作用来控制它的运动。伺服电机则通过编码器等反馈机制来控制电机的位置、速度和加速度。 控制方法不一样： 直线电机的控制方式通常是基

  交流电机的概念和工作原理 交流电机是将交流电能转换为机械能的机械转动器件。交流电机通过利用磁场转动力的原理，将电能转换为机械能，进而达到动力传输和机械工作的目的。 交流电机的基础原理是在电磁场的作用下，导体中的电流会受到力的作用，产生一个旋转力矩，从而驱动电机转动。交流电机通常由定子和转子两部分构成，其中定子部分通常由若干个发电机线圈和其它电磁设备构成，而转子部分通常由通孔型或鳞片型端部等制成。 交流电机的工作原理是基于电磁感应和磁场转动力的相互作用。电机中由外接电源提供交流电，通过转矩变形器在定子线圈中产生一个交流磁场，而转子则由永磁铁或由用户更好的提供的电源来提供磁场。在定转子中的磁场相互作用下，转子便得以旋转，从而有效地将电能转

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