闭环伺服系统：电机扭矩与选择

"电机额定扭矩不小于系统的有效扭矩。-闭环伺服系统" 在设计和配置闭环伺服系统时，电机额定扭矩的选择是一个至关重要的因素。系统有效扭矩MEFFICIENT是根据系统的具体工作负载和时间分配来计算的。通常，一个加工周期T包括切削时间tc、定位时间tp和加减速时间tac。假设tc/T=0.6，tp/T=0.4，tac/T近似为0，这些比例关系可以帮助我们估算整个周期内的平均扭矩需求。 6.1 伺服电机 - 直流伺服电机：上世纪90年代，永磁式直流伺服电机广泛应用于数控系统。其转矩-速度特性曲线分为三个区域：I区为连续工作区，II区为断续工作区，III区为加减速区。直流伺服电机具备启动力矩大、低速性能好的特点，但因其换向炭刷的存在，维护较为麻烦，且存在速度和应用环境的限制。 - 交流伺服电机：现代数控系统更多采用永磁同步交流伺服电机，其速度高，动态响应好，没有换向炭刷，简化了维护，同时成本相对较低。 - 直线电机：直线电机以其高速、直接驱动工作台（无机械传动损失）和高精度受到青睐，但安装、维护和调试过程相对复杂。 6.2 伺服驱动单元 伺服驱动单元是伺服电机的控制核心，它负责根据指令信号调节电机的转速和位置。其工作原理涉及到电流控制、速度控制和位置控制等多个层面，确保电机能准确、高效地执行任务。 6.3 反馈部件 - 脉冲编码器：提供电机的位置和速度信息。增量式编码器通过检测相对位置变化来产生脉冲，而绝对式编码器则能直接提供当前位置信息。莫尔干涉条纹的特性使得编码器的分辨率和精度得以提高。 - 直线光栅尺：用于测量直线运动的精确位置，常见品牌如安川和Heidenhain的产品。直线光栅尺常采用EnData技术，提供高精度的直线位置反馈。 - 反馈脉冲计数电路：通常使用通用集成电路（如74LS169/669）构建计数器，用于累计编码器产生的脉冲，以确定电机的精确位置。 在闭环伺服系统中，选择合适的伺服电机和匹配的驱动单元及反馈部件，是保证系统稳定运行和高精度控制的关键。电机额定扭矩的选取必须大于系统的有效扭矩，以确保在各种工作条件下电机都能提供足够的驱动力，避免因扭矩不足导致的系统故障或效率降低。同时，良好的反馈机制可以实时监测电机状态，优化控制策略，提高系统的整体性能。