一、概述
1、伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。由伺服控制器、伺服电机、编码器构成。
2、伺服电机(servo motor)是指伺服系统中控制机械元件运转的电动机。
3、伺服电机与普通电机最本质的区别：
*尽可能减小转子转动惯量，机电时间常数小。
*制造精密，线性度高，精度高。
4、转子通常为细长鼠笼式、空心杯、铁磁杯，以减小转动惯量。
二、分类
1、伺服电机基本原理与普通电机相同，以下各分类中，其基本原理请参照同类普通电机。
2、分类及发展趋势：
直流伺服电机(趋于淘汰)
*有刷电机(趋于淘汰)
*无刷电机
交流伺服电动机
*单相交流异步伺服电机(趋于淘汰)
*三相交流异步伺服电机
*三相交流永磁同步伺服电机
注意：交流同步伺服电机常为永磁式转子，因为如果采用转子励磁绕组形式，不仅需要增加碳刷给励磁绕组供电，而且结构更加复杂。
三、伺服电机特性曲线
1、直流伺服电机特性曲线(图中，n-转速，T-最大转矩，Uc-额定输入电一压，下同)
2、单相交流伺服电机特性曲线：
3、三相交流伺服电机特性曲线
四、电机控制模式和选型
1、通常编码器与伺服电机封装在一起，编码器分绝对值编码器(用于位置控制)和相对值编码器(用于速度控制)
2、各厂商生产的伺服电机都配有专用的伺服控制器。
3、一种型号的控制器，可配多种型号的伺服电机。
4、根据各种实际负控制要求，可以选择位置、相位、速度、力矩等不同的控制模式。
5、位置控制：使对象轴精确地停止在目标位置。
6、相位控制：使多个轴同步，按指令轨 迹移动机械的控制。可实现不在目标位置停止，而像电 子凸轮及电 子轴一样的连续动作。
7、转矩控制：使电机始终输出一定转矩(推力)。
8、速度控制：使轴按照指定速度运行。
9、负载转动惯量、速度是伺服电机选型的重要依据。
五、选型计算举例
(摘自安川Σ-7系列交流伺服电机)
机械示意图如上，已知：
负载运动速度V=15m/s，
传送次数n=40次/min，
传送长度L=0.275m，
传送时间tm≤1.2s，
负载质量m=250Kg，
负载转动惯量(负载+丝杠+减速机+联轴节)
J=2.29×10¯⁴kg.m²，
机械效率η=0.9,
负载与丝杠摩擦系数μ=0.2，
丝杠导程(每圈位移)P=0.01m，
丝杠半径R=0.01m，
减速机减速比i=2：1
控制精度δ=0.01mm
控制方式为速度控制，控制曲线如下：
请选择安川Σ-7系列伺服电机型号。
解：
t=60/40=1.5s≥1.2s，满足40次/min要求。
1、速度曲线(梯形)面积即传送长度L
L=(tm+tc)V/2，则
tc=2L/V-tm=2*0.275*60/15-1.2=1s
设ta=td，ta=td=0.1s
2、负载(丝杠)转速no=V/P
=15/0.01=1500转/min
3、电机转速n=noi
=1500*2=3000转/min
4、负载转矩To=9.8mμP/(2πη)
=9.8*250*0.2*0.01/(2π*0.9)
=0.86Nm
5、电机转矩T=To/i=0.43Nm
6、负载行走功率Po=ωT=2πnoT/60
=2π*1500*0.86/60=135W
7、负载加速功率计算：
电机角加速度
ε=(2πn)/(60ta)
=(2π*3000)/(60*0.1)
=3140rad/s²
电机输出加速转矩
Ta=Jε=2.29*10¯⁴*3140
=0.72Nm
注：未考虑电机转子转动惯量，当选定电机后，应加入转子转动惯量J'重新验算。即Ta=(J+J')ε
电机到达运行速度时，
电机加速功率
Pa=ωTa=2πnTa/60
=2π*3000*0.72/60
=226W
电机最大瞬时功率
Tmax=Po+Pa=361W
电机最大瞬时转矩
Tmax=T+Ta=1.15Nm
8、伺服电机选择条件：
T≤ 电机额定转矩
Tmax≤电机瞬时最大转矩
n≤ 电机额定转速
J ≤ 容许负载转动惯 量
可根据选型条件选为以下电机：
伺服电机 SGM7J-02A
9、预选伺服电机的各项参数：
额定输出 200W
额定转速 3000/min
额定转矩 0.637Nm
瞬时最大转矩 2.23Nm
电机转子转动惯量
J'=0.26×10¯⁴kg·m²
容许负载转动惯量
3.94×10¯⁴kg·m²
10、电机转矩曲线(加入转子转动惯量后，瞬时最大转矩由1.15变为1.23)