【SE培训资料】_E1-02_伺服电机基础之电机篇(中文)
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伺服电机知识培训(工程师培训)
控制绕组
励磁绕组
电气原理图
3 旋转磁场作用下的运行分析
3.1旋转磁场的产生
同时，又假定通入励磁 绕组的电流Uf与通入控
ic Im sint
if Im sint 90
if Ic
制绕组的电流UC相位上
彼此相差900幅值彼此相
等，这样的两个电流称
为两相对称电流，用数
学式表示为
3.1旋转磁场的产生
相互作用产生电磁力，这个电磁力F作用在转子上，并对转轴形
成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的方向是一 致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电磁转矩作用下 顺着磁铁旋转的方向转动起来。
3 旋转磁场作用下的运行分析 3.1伺服电机旋转磁场的产生
为了分析方便，先假定 励磁绕组有效匝数Uf与 控制绕组有效匝数UC相 等。这种在空间上互差 900电角度，有效匝数又 相等的两个绕组称为对 称两相绕组。
培训资料
• 名称：伺服电机知识培训（工程师培训） • 所属班组：xx • 汇报人：xx
伺服电机知识培训
一.伺服电机基本知识
伺服来自英文单词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、速度和力矩。
最常见的伺服是交流永磁同步伺服电机， 伺服电机内部 的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电在定子中形成 变化的电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带 的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进 行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码 器的精度（线数）。最常见的是2500线标准编码器配置的伺 服电机。
表示的是一台两极的电机，即极对数P＝1。对两极电机而言，
电流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而当
伺服电机 基础知识
伺服电机基础知识
伺服电机是一种能够将输入的脉冲信号转换为相应的角位移或线性位移的装置，具有快速响应、精确控制和稳定性高等特点。
以下是伺服电机的基础知识：
1. 工作原理：伺服电机内部通常包括一个电机（如直流或交流电机）和一个编码器。
当输入一个脉冲信号时，电机会产生一定的角位移或线性位移，同时编码器会反馈电机的实际位置。
驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整电机转动的角度或距离，以达到精确控制的目的。
2. 分类：伺服电机主要分为直流伺服电机和交流伺服电机两大类。
此外，根据有无刷之分，直流伺服电机又可以分为有刷伺服电机和无刷伺服电机。
3. 特点：
精确控制：伺服电机能够精确地跟踪和定位目标值，实现高精度的位置和速度控制。
快速响应：伺服电机具有快速的动态响应，能够在短时间内达到设定速度并快速停止。
稳定性高：伺服电机具有较高的稳定性，能够连续工作而不会出现较大的误差。
噪声低：交流伺服电机通常采用无刷设计，运行时噪声较低。
维护方便：伺服电机的结构和维护都比较简单，便于使用和维护。
4. 应用领域：伺服电机广泛应用于各种需要精确控制和快速响应的场合，如数控机床、包装机械、纺织机械、机器人等领域。
5. 选型原则：在选择伺服电机时，需要考虑电机的规格、尺寸、转速、负载等参数，以及实际应用场景和工作环境等因素。
6. 日常维护：为了保持伺服电机的良好性能和使用寿命，需要定期进行清洁和维护，如检查电机表面是否有灰尘、油污等，检查电机的接线是否牢固等。
以上是关于伺服电机的基础知识，如需了解更多信息，建议咨询专业人士。
伺服电机详解
回転子
固定子
电机结构 转子 ：永磁型 定子 ：3相
转 矩
電圧
N1
N2
转速
22
永磁交流伺服电机
伺服电机的基本构成方式 各种伺服电机的主要特点，电机框图 伺服电机电磁结构动向，鸣志M3伺服电机
23
伺服电机的基本构成方式
构成方式
直流有刷伺服电机
交流伺服电机
同步伺服电机 （SM）
异步伺服电机 （IM）
SM:synchronous motor IM:induction motor
电刷位置与转矩关系
转矩最大位置
磁钢的磁场
转矩为零位置 磁钢的磁场
电流的磁场
电流的磁场
电刷的设计：保证电流磁场HF的方向与磁钢的磁场成90关系
16
直流的稳态特性
電圧、電流、転速等均不随时间变化时的电机特性
特性方程：
V = Ra I + E
E = Ke ⋅ N
Tem = Kt I
N
=
V Ke
−
R KeKt
26
永磁交流伺服电机的结构
无刷电机加编码器即可构成伺服电机
伺服电机电磁结构最新动向
近年来,行业知名厂家的最新款电机纷纷采用12槽10极结构. 10极结构电机的经纬
2004年东方BX产品化, 是行业最早10极伺服 2011年安川推出SIGAM5 (10极) 2012年松下推出A5(10极) 之后台达，汇川(10极)已有产品 伺服计划2018年量产
35
无控制时的直流电机特性
直流电机框图
Ua(s) +
-
1 La s + Ra
Ia(s)
Td(s)
Tem(s)
固定子
电机结构 转子 ：永磁型 定子 ：3相
转 矩
電圧
N1
N2
转速
22
永磁交流伺服电机
伺服电机的基本构成方式 各种伺服电机的主要特点，电机框图 伺服电机电磁结构动向，鸣志M3伺服电机
23
伺服电机的基本构成方式
构成方式
直流有刷伺服电机
交流伺服电机
同步伺服电机 （SM）
异步伺服电机 （IM）
SM:synchronous motor IM:induction motor
电刷位置与转矩关系
转矩最大位置
磁钢的磁场
转矩为零位置 磁钢的磁场
电流的磁场
电流的磁场
电刷的设计：保证电流磁场HF的方向与磁钢的磁场成90关系
16
直流的稳态特性
電圧、電流、転速等均不随时间变化时的电机特性
特性方程：
V = Ra I + E
E = Ke ⋅ N
Tem = Kt I
N
=
V Ke
−
R KeKt
26
永磁交流伺服电机的结构
无刷电机加编码器即可构成伺服电机
伺服电机电磁结构最新动向
近年来,行业知名厂家的最新款电机纷纷采用12槽10极结构. 10极结构电机的经纬
2004年东方BX产品化, 是行业最早10极伺服 2011年安川推出SIGAM5 (10极) 2012年松下推出A5(10极) 之后台达，汇川(10极)已有产品 伺服计划2018年量产
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无控制时的直流电机特性
直流电机框图
Ua(s) +
-
1 La s + Ra
Ia(s)
Td(s)
Tem(s)
伺服电机_精品文档
伺服电动机
机械时间常数也可写为：
RJ a
J
Uc Ke
J
0
0
m K K Te
K Uc
Ra
T
T st
可见，机械特性曲线越平坦(即 机械特性越硬)，则m越小。
0
Tst T
伺服电动机
1.3 直流力矩电动机(Torque Motor)
性能特点：低速、大转矩，转矩波动小，特 性的直线性好，在堵转条件下能长期工作。 原理：与一般直流伺服电动机相同。 结构特点：与一般直流伺电动机不同，呈扁 平形，以获得较大的转矩。 电枢长度与直径之比一般为0.2左右。
开关特性
第四节 无刷直流电动机
(2)电磁式位置传感器
(3)光电式位置传感器
R2
D1
V1
U0
输出信号
R1
P
V2
第四节 无刷直流电动机
一相导通星形三相三状态
1）H1受光，V1导通，A相 流过电流，产生磁势Fa。
电流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ径：电源正极—A相 绕组—V1管—电源负极。
2）电机顺时针转过120度后， H1被遮光，H2受光，V1关 断，V2导通，B相绕组通入 电流，产生磁势Fb。
转子按逆时针方向旋转，电角速度为r
工作情况分析：
rt=0° 换相前；换相后 rt=60°换相前；换相后
a）rt=0°换相前
b）rt=0°换相后
无刷直流电动机工作原理
a）rt=0°换相前
b）rt=0°换相 后
不同时刻的电流路径
c）rt=60°换相前
d）rt=60°换相后
b）rt=60°换相前
c）rt=60°换相后
封闭三相六状态
第四节 无刷直流电动机
伺服基础培训资料PPT课件
1000RPM）
达1~2万转/分
主要是位置控制 多样化智能化的控制方式 位置/转速/转矩方式
低速时有振动（但用细分型驱动器则可明显 好，运行平滑
改善）
一般较低，细分型驱动时较高
高（具体要看反馈装置的分辨率）
高速时，力矩下降快
力矩特性好，特性较硬
过载时会失步
可3~10倍过载（短时）
大多数为开环控制，也可接编码器，防止失 闭环方式，编码器反馈
駆動 （伺服马达）
感应器数据 (位置,状態）
負荷 （球等）
9
什么叫「伺服放大器」
把供给为了以如指示的旋转角和转速让伺服机制马达 旋转的电力 （电压、电流）的装置称为伺服系统增幅 容器或伺服系统放大器（Amplifier ），简称为「伺服 系统放大器」
伺服放大器的构成伺服放大器的构成
位置
速度
電流
电流 変換
CHENLI
4
1.3 什么叫伺服系统？
生活中自动控制的例子
人根据杯子的水量、无意识地思考需要时间。
水量（少、一半、7成程度、 全满）
开关的关闭
需要时间（需要点時間；快点；慢慢地）
这个时候的人行动 扭开关 监视水龙头的水流 调节开关的大小 监视杯子里的水流 当目标水量接近时 关闭开关
水 道
目標水量
CHENLI
21
• 伺服系统之应用 o 包装印刷行业的应用 • 同步控制能力，张力控制，网络化能力等； • 横切功能：飞剪、追剪等； • 电子凸轮功能 • 无轴（电子轴）传动技术，主要技术供应商为德国的博 世力士乐、伦茨、日本的住友和奥地利的贝加莱，国内 鲜有公司具备此能力，仅北人和松德在做无轴传动的研 究开发。
1过载倍数2电流采样精度11特性步进电机系统伺服电机系统力矩范围中小力矩一般在20nm以下小中大全范围速度范围低一般在2000rpm以下大力矩电机小于1000rpm高可达6000rpm直流伺服电机更可控制方式主要是位置控制多样化智能化的控制方式位置转速转矩方式平滑性低速时有振动但用细分型驱动器则可明显改善好运行平滑精度一般较低细分型驱动时较高高具体要看反馈装置的分辨率矩频特性高速时力矩下降快力矩特性好特性较硬过载特性过载时会失步可310倍过载短时反馈方式大多数为开环控制也可接编码器防止失闭环方式编码器反馈编码器类型光电型旋转编码器增量型绝对值型光电型旋转编码器旋转变压器型响应速度一般运行温度高一般维护性基本可以免维护较好价格较高1213116116位置位置控制控制通过对移动量马达旋转数的控制而达到任意目标的位置
步进电机、伺服电机基础知识
8
（4）电机接线方法
1. 步进电机驱动器接线方法 ① 光电隔离原件作用：电气隔离、抗干扰 ② 共阳极接法、共阴极接法和差分方式接法
共阳极接法
共阴极接法
9
步进电机驱动器的典型接线：
OPTO：输入信号的公共端 FREE：脱机信号（低电平 有效），当此输入控制端为低 电平时，电机励磁电流被关断， 电机处于脱机自由状态。 DIR：方向电平信号输入端， 高低电平控制电机正/反转。 CP：步进脉冲信号输入， 下降沿有效，信号电平稳定时 间不小于0.3μs。 A+、A-、B+、B-：接步进 电机线圈。
分类与结构
步进电动机分为反应式,永磁式, 和混合式三种.
C'
三相反应式步进电动机由定子 和转子两个部分构成.
右图中,定子有6个磁极,两个相
对的磁极组成一相;转子上有均 匀分布的4个齿.
B
A B'
C
A'
5
(1)步进电动机的工作原理
由环形分配器送来的脉冲信号，对定子绕组轮流通电。设相序为A→B→C→A。 当A相控制绕组通电， 而B、C相不通电时，步进电动机的气隙磁场与A相绕组轴线重合， 而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，
A
A
A
A
C'
B' C'
B' C'
B' C'
B'
21 34
1 24
3
1 24
3
14 23
B
CB
CB
CB
C
A'
A'
A'
A'
(a)
(b)
(c)
ELAU 伺服系统培训资料中文版
Elau 伺服控制系统的组成（总图）
指令/控制部分
网络 人机界面 伺服控制器
驱动部分
பைடு நூலகம்伺服驱动器
执行部分
伺服电机
Elau 伺服控制系统的组成（简图）
Elau Max-4系列伺服控制器
功能: 采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心 实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。
Elau Max-4系列伺服控制器
红灯灭掉，表示没有错误， 红灯快速闪亮表示通讯错误， 红灯慢速闪亮表示一般错误 实时总线错误显示红灯常亮，表示严重错误，
每个MC-4只连接1个下级设备
控制电压
电源接线
光纤通信口输入 直流断路器 电机控制接线 光纤通信口输出
诊断接口
编码器 屏蔽保护接线
机型
IWK450灌装机
N5002灌装机
备件编码 E18CEC0062 E18CED0078 E18CEC0063 E18CEC0064 E18CEF0037 E18CED0081 E18CED0082
扭矩
电压参数 键槽型式
防护型式
冷却型式 线圈型式 防护等级 内部编码器型号 刹车型式 特殊结构
Elau SM/SH系列伺服电机一般故障判断
原因
编码器故障 轴承抱死
故障表现
不能复位 位置错误 不能启动 过载 不能启动
线圈烧坏
失磁 接线错误 刹车故障
外部严重发热
转速慢 跳闸或通讯错误 位置错误（走位）
C600可以再面板上看到的），IP地址在同一段就OK了；
填好后单击下子网掩码， 然后点击确定，就OK了。
谢谢！ 2013-6-12
编写：廖荣章 李维 肖雄军 刘银波 邹旭艳
伺服基础培训教材PPT课件
（圆盘上的形状）
例： 由B相作为基准 B相为On时如果A相有上升沿，定义为正传。 B相为Oｆｆ时如果A相有上升沿，定义为反转。
CHENLI
20
倍频的原理
直接计数脉冲数
1个脉冲计数2次（2倍频）
1组脉冲计数4次（4倍频）
右回転時 B相
A相
①
②
① ②③ ④
①②③④ ⑤⑥⑦⑧
左回転時 B相
A相 ①
②
绝对值编码器方式
14
伺服器的工作模式：
CHENLI
15
伺服驱动器铭牌含义
CHENLI
16
伺服驱动器铭牌含义
CHENLI
17
编码器：
CHENLI
18
CHENLI
19
编码器：
１） 增量型编码器的原理
＊ 圆盘上刻有相位相差90度的A相、B相的槽 ＊ 由此可检测出旋转量和旋转方向。
旋转方向判定的原理
增量型编码器的原理
① ②③ ④
①②③ ④ ⑤ ⑥⑦⑧
本公司的绝对值编码器采用配置有电池，在伺服放大器电源关断时也能记忆当前位置情报 的方式。
伺服放大器电源打开后伺服放大器将电机轴距离原点的圈数及脉冲数所反映的当前位置情 报向上位控制器传送。
CHENLI
21
２）绝对值编码器的基本原理
＊在分辨率的范围内输出波形 是不重复的 ＊根据读取的输出波形可以得到 绝对位置的信息 ＊另外还配备了有电池作断电 备份的计数器以判断出当前所 转到的圈数位置
伺服放大器的功能框图如下图所示。
动力部分 电机
整流部分
逆变部分
反馈 CHENLI
编码器 23
１） 动力部分的构成
伺服电机从业人员基础培训资料doc资料
相互作用产生电磁力，这个电磁力F作用在转子上，并对转轴形
成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的方向是一 致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电磁转矩作用下 顺着磁铁旋转的方向转动起来。
© ABB Group 7/7/2020 | Slide 15
3 旋转磁场作用下的运行分析 3.1伺服电机旋转磁场的产生
磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以 实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特 性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流 之选。而异步伺服电机虽然结构坚固、制造 简单、价格低廉，但是在特性上和效率上存 在差距，只在大功率场合得到重视。
交流伺服系统的性能指标可以从调速范 围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行 稳定性等方面来衡量。中低档的伺服系统调 速范围在1:1000以上，一般的在1:5000～ © ABBGroup 1:10000，高性能的可以达到1:100000以上；
为了分析方便，先假定 励磁绕组有效匝数Uf与 控制绕组有效匝数UC相 等。这种在空间上互差 900电角度，有效匝数又 相等的两个绕组称为对 称两相绕组。
控制绕组
励磁绕组
电气原理图
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3 旋转磁场作用下的运行分析
3.1旋转磁场的产生
同时，又假定通入励磁 绕组的电流Uf与通入控
伺服电机知识培训
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Levin刘伟
一.伺服电机基本知识
伺服来自英文单词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、速度和力矩。
最常见的伺服是交流永磁同步伺服电机， 伺服电机内 部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电在定子中形 成变化的电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机 自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目 标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决 定于编码器的精度（线数）。最常见的是2500线标准编码 器配置的伺服电机。
成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的方向是一 致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电磁转矩作用下 顺着磁铁旋转的方向转动起来。
© ABB Group 7/7/2020 | Slide 15
3 旋转磁场作用下的运行分析 3.1伺服电机旋转磁场的产生
磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以 实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特 性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流 之选。而异步伺服电机虽然结构坚固、制造 简单、价格低廉，但是在特性上和效率上存 在差距，只在大功率场合得到重视。
交流伺服系统的性能指标可以从调速范 围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行 稳定性等方面来衡量。中低档的伺服系统调 速范围在1:1000以上，一般的在1:5000～ © ABBGroup 1:10000，高性能的可以达到1:100000以上；
为了分析方便，先假定 励磁绕组有效匝数Uf与 控制绕组有效匝数UC相 等。这种在空间上互差 900电角度，有效匝数又 相等的两个绕组称为对 称两相绕组。
控制绕组
励磁绕组
电气原理图
© ABB Group 7/7/2020 | Slide 16
3 旋转磁场作用下的运行分析
3.1旋转磁场的产生
同时，又假定通入励磁 绕组的电流Uf与通入控
伺服电机知识培训
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Levin刘伟
一.伺服电机基本知识
伺服来自英文单词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、速度和力矩。
最常见的伺服是交流永磁同步伺服电机， 伺服电机内 部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电在定子中形 成变化的电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机 自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目 标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决 定于编码器的精度（线数）。最常见的是2500线标准编码 器配置的伺服电机。
伺服电机培训课件(PPT 39张)
Pr1.09第二转矩滤波 ↓
3.转矩控制的基本参数调节
参数号 Pr0.01 Pr3.18 Pr3.19 Pr3.20 Pr0.11 Pr3.21
参考值 2 用户指定 用户指定 用户指定 用户指定 用户设置
备注 控制方式选择，固定为“2” 转矩指令选择 转矩指令增益，单位 （×0.1V/100%） 电机旋转逻辑取反， 反馈脉冲数 转矩模式速度限制
速度前馈(speed feedforward)的效果：速度(speed)观测
【实时自动调整流程图】
实行实时自动调整的情况下， 右图表示调整流量。 是 运转是否 实时自动调整这一功能，可 结束 正常？ 以进行自动增益切换，自动 设定位置环路增益，速度环 路增益，速度环路积分时间 分析频率（FFT） 把握共振特性 常数、速度观测滤波器、转 矩滤波器、前馈速度，惯量 比等个调整参数，不能更改 ①把握速度环增益的范围 。 ②把握共振点,根据需要使用 按照操作手册进行调整时， 陷波滤波器 需要设定实时自动调整功能 为无效。 出现共振现象时 要求更短的整定时间时
举一个简单例子：有一台机械，是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速 度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性，分 析其动作过程： 当驱动器将电流送到电机时，电机立即产生扭矩；一开始，由于V形带 会有弹性，负载不会加速到象电机那样快；伺服电机会比负载提前到达设 定的速度，此时装在电机上的偏码器会削弱电流，继而削弱扭矩； 随着V 型带张力的不断增加会使电机速度变慢，此时驱动器又会去增加电流，周 而复始。 在此例中，系统是振荡的，电机扭矩是波动的，负载速度也随之波动。其 结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过，这都不是由伺服电机引起的， 这种噪声和不稳定性，是来源于机械传动装置，是由于伺服系统反应速度 (高)与机械传递或者反应时间（较长）不相匹配而引起的，即伺服电机响 应快于系统调整新的扭矩所需的时间。 找到了问题根源所在，再来解决当然就容易多了，针对以上例子，您可以： （1）增加机械刚性和降低系统的惯性，减少机械传动部位的响应时间， 如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带。（2）降低伺服系 统的响应速度，减少伺服系统的控制带宽，如降低伺服系统的增益参数值。 （3）设置滤波器，陷波等。
【精品】伺服电机基础PPT课件
位置控制
位置指令输入方式
CCW/CW 脉冲列
A/B相位 脉冲列
Pulse＋Dir
依据输入的脉波数目、达到 控制马达定位的目的。
位置控制
位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的 频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个 数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过 通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于 位置模式可以对速度和位置都有很严格的控 制，所以一般应用于定位装置。 应用领域如数控机床、印刷机械等等。
低频启动力矩 速度范围
控制方式
精度 过载特性 转矩控制 响应特性 加减速特性 温升 响应速度 价格
变频电机
伺服电机
小
大
低（一般在3000RPM一 高（可达5000RPM），直流 下，大于3000RPM时应 伺服电机更可达1~2万转/分 考虑电机的特殊设计）
一般为开环
多样化智能化的控制方式， 位置/转速/转矩方式
低
高
低
可3~10倍过载(短时)
原理上不可能
适用，可控制静止转矩
低
高
差
好
高
低
一般
高
低
高
力矩范围 速度范围
控制方式
平滑性 精度 矩频特性 过载特性 反馈方式 编码器类型
响应速度 耐振动 温升 维护性 价格
交流伺服与步进电机系统选型比较
步进电机系统
伺服电机系统
中小力矩（一般在20Nm一下）
低（一般在2000RPM一下，大力矩电机小于 1000RPM）
则机械位置解析度(Resolution) =(PB．(1/R))/(PE．4) =0.002(mm) <机械定位精度±0.05(mm)
收益
伺服电机ppt课件
需求。
精度匹配原则
根据系统精度要求选择伺服电 机，确保电机的控制精度能够 满足要求。
转速匹配原则
根据工作转速选择伺服电机， 确保电机能够在合适的转速范 围内工作。
环境适应性原则
考虑伺服电机的环境适应性， 如温度、湿度、防护等级等， 确保电机能够在所需环境中稳
定运行。
使用注意事项
01
02
03
04
初始调试
最大加速度
伺服电机在单位时间内能够产生的最大加速度。最大加速度越大，伺服电机的加 速性能越好。
控制精度
定位精度
伺服电机在定位控制中达到的实际位置与目标位置之间的误 差。定位精度越高，伺服电机的控制精度越高。
重复精度
伺服电机在多次重复同一动作时达到的位置的一致性。重复 精度越高，伺服电机的重复运动控制性能越好。
汽车电子
随着汽车电动化和智能化的发展，伺服电机在汽 车零部件、底盘控制等领域的应用前景广阔。
节能环保要求
能效标准
随着环保意识的提高，各国政府对伺服电机的能效标准提出了更 高的要求。
低碳材料
采用低碳材料和生产工艺，降低伺服电机的碳排放，符合绿色制造 的发展趋势。
回收利用
加强伺服电机的回收利用，降低资源消耗和环境污染，促进可持续 发展。
高精度、快速响应、稳定性好、 低噪音、高效率等。
工作原理
工作原理
伺服电机内部通常包含一个电机和控制器，控制器接收输入信号后，通过电机 产生相应的旋转或直线运动。
控制方式
通过改变输入信号的大小和方向，可以精确控制电机的旋转角度和速度。
伺服电机的分类
直流伺服电机
使用直流电源供电，具 有较高的启动转矩和调
转矩
精度匹配原则
根据系统精度要求选择伺服电 机，确保电机的控制精度能够 满足要求。
转速匹配原则
根据工作转速选择伺服电机， 确保电机能够在合适的转速范 围内工作。
环境适应性原则
考虑伺服电机的环境适应性， 如温度、湿度、防护等级等， 确保电机能够在所需环境中稳
定运行。
使用注意事项
01
02
03
04
初始调试
最大加速度
伺服电机在单位时间内能够产生的最大加速度。最大加速度越大，伺服电机的加 速性能越好。
控制精度
定位精度
伺服电机在定位控制中达到的实际位置与目标位置之间的误 差。定位精度越高，伺服电机的控制精度越高。
重复精度
伺服电机在多次重复同一动作时达到的位置的一致性。重复 精度越高，伺服电机的重复运动控制性能越好。
汽车电子
随着汽车电动化和智能化的发展，伺服电机在汽 车零部件、底盘控制等领域的应用前景广阔。
节能环保要求
能效标准
随着环保意识的提高，各国政府对伺服电机的能效标准提出了更 高的要求。
低碳材料
采用低碳材料和生产工艺，降低伺服电机的碳排放，符合绿色制造 的发展趋势。
回收利用
加强伺服电机的回收利用，降低资源消耗和环境污染，促进可持续 发展。
高精度、快速响应、稳定性好、 低噪音、高效率等。
工作原理
工作原理
伺服电机内部通常包含一个电机和控制器，控制器接收输入信号后，通过电机 产生相应的旋转或直线运动。
控制方式
通过改变输入信号的大小和方向，可以精确控制电机的旋转角度和速度。
伺服电机的分类
直流伺服电机
使用直流电源供电，具 有较高的启动转矩和调
转矩
伺服电机基础知识
交流伺服电动机原理？伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
伺服电动机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。
又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，作用：伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。
直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。
因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。
控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。
电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。
交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。
大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。
因而适合做低速平稳运行的应用。
伺服电动机基本知识讲解伺服电动机伺服电动机又叫执行电动机，或叫控制电动机。
在自动控制系统中，伺服电动机是一个执行元件，它的作用是把信号（控制电压或相位）变换成机械位移，也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移。
其容量一般在0.1-100W,常用的是30W以下。
伺服电动机有直流和交流之分。
一、交流伺服电动机交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似，如图1所示。
其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。
伺服电机知识培训课件
伺服电机的类型
交流伺服电机
采用交流电源驱动，适用于高速 运动和高精度控制。
直流伺服电机
采用直流电源驱动，适用于中低 速运动和低成本应用。
无刷伺服电机
无需更换刷子，减少维护成本， 适用于长时间运行和高要求环境。
开环/闭环控制的区别
开环控制
只有输入信号，无反馈信息。缺乏准确性 和可靠性。
闭环控制
通过反馈信息进行校正，能够实现精确控 制和稳定性。
电机参数的设置
1 最大速度
电机可达到的最高速度，影响加速和 响应时间。
2 加速度
电机改变速度的快慢，影响加速和减 速过程。
3 增益
控制系统的增益，影响系统稳定性和响应速度。
伺服电机知识培训课件
欢迎参加伺服电机知识培训课程！本课程将详细介绍伺服电机的工作原理、 控制方式、应用案例等内容。让我们一起来探索伺服电机的神秘世界吧！
伺服电机简介
伺服电机是一种高精度电机，具备位置控制和速度控制能力。它通常由电机、 编码器和控制器组成。伺服电机的主要特点是快速响应和较高的运动精度。
电机转速编码器的作用
电机转速编码器用于检测电机转速和位置。它能够提供准确的反馈信号，使 控制系统能够实时调整电机运动。
PID控制器的原理
1
比例控制
根据误差大小进行控制，提供快速响应。
积分控制
根据误差持续时间进行控制，提供稳定性。
3
微分控制
根据误差变化速率进行控制，提供抑制震荡。
控制信号分析
控制信号用于调整伺服电机的位置和速度。它通常由脉冲信号和方向信号组 成，频率和占空比决定运动特性。
【SE培训资料】_E1-05_ S-FLAG_选型资料(简易版)
：密度
D2 x
D1 L
y
4/1
代表性的惯量的计算
旋转轴不通过重心的长方体
J x J x0 M L2 1 M ( A2 B2 12 L2 ) 12
M：工件质量 L
A：横长度 A
B：纵长度
L：长度
B
：密度
x
x1
长方体
J x 1 M (A2 B2) 12
1 A B C (A2 B2)
0
转矩时序
Ta
0 ta
N
Tt
Td
tt
td
ts
电机转速：Ｎ 加时间間：ｔa 匀速时间：ｔt 減速时间：ｔd 周期时间：ｔs 惯量：Ｊ （负载惯量 ＋电机惯量） 加速时转矩：Ｔa （摩擦转矩＋惯量转矩＋垂直轴时的自重转矩） 匀速时转矩：Ｔt （摩擦转矩＋垂直时的自重转矩） 減速时转矩：Ｔd （摩擦转矩-惯量转矩-垂直时的自重转矩） 垂直軸下降时以（-)的停止时转矩＝自重转矩计算。 1周期的实效转矩
伺服电机的选型
各负载转矩的计算
沿着运转时序计算各转矩値。 Ta=加速时：(摩擦转矩)＋(惯量转矩) Tt=定速时：(摩擦转矩) Td=減速时：(摩擦转矩)－(惯量转矩)
垂直轴的场合包含停止时要加算自重的转矩。 上升时和停止时(＋)、下降时(－)，上升和下降需要分开。 最后计算１周期内的实效转矩。
速度时序
圆柱
x
M：工件质量
D1
J x 1 M D12 L D14
8
32
D1：直径
L
Jy
1 4
M
D12 4ຫໍສະໝຸດ L2 3L：长度：密度
y
中空圆柱
Jx
1 M
(D12
D22 )
D2 x
D1 L
y
4/1
代表性的惯量的计算
旋转轴不通过重心的长方体
J x J x0 M L2 1 M ( A2 B2 12 L2 ) 12
M：工件质量 L
A：横长度 A
B：纵长度
L：长度
B
：密度
x
x1
长方体
J x 1 M (A2 B2) 12
1 A B C (A2 B2)
0
转矩时序
Ta
0 ta
N
Tt
Td
tt
td
ts
电机转速：Ｎ 加时间間：ｔa 匀速时间：ｔt 減速时间：ｔd 周期时间：ｔs 惯量：Ｊ （负载惯量 ＋电机惯量） 加速时转矩：Ｔa （摩擦转矩＋惯量转矩＋垂直轴时的自重转矩） 匀速时转矩：Ｔt （摩擦转矩＋垂直时的自重转矩） 減速时转矩：Ｔd （摩擦转矩-惯量转矩-垂直时的自重转矩） 垂直軸下降时以（-)的停止时转矩＝自重转矩计算。 1周期的实效转矩
伺服电机的选型
各负载转矩的计算
沿着运转时序计算各转矩値。 Ta=加速时：(摩擦转矩)＋(惯量转矩) Tt=定速时：(摩擦转矩) Td=減速时：(摩擦转矩)－(惯量转矩)
垂直轴的场合包含停止时要加算自重的转矩。 上升时和停止时(＋)、下降时(－)，上升和下降需要分开。 最后计算１周期内的实效转矩。
速度时序
圆柱
x
M：工件质量
D1
J x 1 M D12 L D14
8
32
D1：直径
L
Jy
1 4
M
D12 4ຫໍສະໝຸດ L2 3L：长度：密度
y
中空圆柱
Jx
1 M
(D12
D22 )
伺服电机基础知识（二）
伺服电机基础知识（二）定义：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。
作用：伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确。
分类：A:直流伺服电机和交流伺服电机,B:直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。
因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。
控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。
电机免维护，效率很高，运行温度低,电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。
交流伺服电机也是无刷电机分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。
大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。
因而适合做低速平稳运行的应用。
伺服驱动系统的分类数控机床的伺服驱动系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按其控制原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统；按驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱动系统和电气伺服驱动系统。
电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统1.进给驱动与主轴驱动进给驱动是用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的转矩。
主轴驱动控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。
一般地，对于进给驱动系统，主要关心它的转矩大小、调节范围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。
对于主轴驱动系统，主要关心其是否具有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围。
2.开环控制和闭环控制数控机床伺服驱动系统的基本组成如图所示。
数控机床的伺服驱动系统按有无反馈检测单元分为开环和闭环两种类型(见数控机床伺服驱动系统分类)，这两种类型的伺服驱动系统的基本组成不完全相同。
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笼型电机
线圈型电机 同步电机
通用电机
感应型AC 伺服电机
同步型AC伺服电机
S-FLAG属于『同步型AC伺服电机』分类
4/1
伺服电机和步进电机
项目
步进电机
伺服电机
构造
大、重
小、轻
外形尺寸
（同容量 比较）
例：２００W
系统构成 和
控制方式
85
开环方式
上 位 控 制 器 运转数据
开始信号
109
85
重量 3kg
伺服电机：□40
0.6
0.5
瞬间工作区域
0.4
0.3
0.2 连续工作区域
0.1
0.0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
转速 Speed［r/min］
步进电机：□60
0.6
牵出转矩
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0 0 1000 2000 3000 4000 50008/61000
脱调 噪音 消费电力 发热 价格 控制方式
步进电机
低：步进角 0.36°(1000) ～1000r/min以下
○／×
750W以下 短距离○
× 大 多 高 价格比较低 开环
伺服电机
高：分辨率 0.003°(131072) ～6000r/min以下
○／○
50W～2kW ○ ○ 小 少 低
价格比较高 闭环
高速域で的转矩小
伺服电机 高 14Bit,17Bit,20Bit等 17Bit的分辨率 =360°/131072=0.0027° 从低～高速域输出安定的转矩 →可以使用高速运转
从低～高速域输出同样的转矩 瞬间输出额定的3的转矩
7/1
与步进电机的比较
分辨率(pulse)
实用转速 转矩特性 (低速／高速) 输出阵容 整定时间
■组装简单的磁气式编码器
磁气式绝对值编码器
磁石 磁气传感器
组装简单 ・间隙大 ・构造简单 ・耐冲击性强
间隙1.5mm以上
光学式绝对值编码器
受光素子１０个 投光LED 透镜
２进制码盘 磁气传感器 磁石
组装复杂 ・间隙小 ・构造复杂 ・耐冲击性弱
间隙0.5mm以下
●S-FLAG ： 磁石和磁气传感器的距离大，组装简单
对伺服电机要求
・高效率
高。）
⇒ 效率：80%以上（与容量有关，大型的效率
・高定位精度
⇒ 电机轴分辨率：10000p/rev以上
・高速动作
⇒ 整定时间：10ms以下
・轨迹控制
⇒ 速度安定性：0.1%以下
3/1
电机的分类
电机有各种各样的分类
电机
直流电机 一般直流电机
交流电机
DC伺服电机 感应型电机
同步型电机 脉冲电机(步进电机）
转矩
转矩
瞬间工作区域
安全工作区域
速度
脱調し不な脱い调で的運运転转で范き围る範囲
需要考虑2～3倍 的余量。
连续工作区域
速度
可以不用考虑 象步进电机的余量。
6/1
伺服电机和步进电机
项目 停止精度
步进电机 低 （5相步进角=0.36°）
实用转速 转矩特性
低速域：转矩大 高速域：转矩小 担心脱调 不适合高速运转的应用
额定容量
可以连续使用的输出容量。
单位[W]
额定转矩
可以连续使用的力。
单位[N・m]
瞬间最大转矩
可以短时间输出的额定3倍的转矩。
单位[N・m] 严守发热的容许时间！
请参照使用说明书的过负载特性。
额定电流
可连续流入的安全电流。发热容许的电流。
单位[Arms] （单位中的[rms]是实效平均值。
是平方平均平方根（Root Mean Square）的意思。）
需要LED安定发光 消费电力大。 耐尘・耐油：×
消費电力： ×
●S-FLAG 尘和油附着到编码器上也不会影响精度。 ●他社 尘和油附着到编码器上，编码器失去功能。 16/1
谢谢大家。
高速旋转时也可以输出高转矩
效率高
伺服（Servo）： 希腊语Servus（对命令忠实） ＝ 对指令信号（命令）忠实行动（服从）
伺服电机： 有伺服机构的控制用的电机
伺服机构： 物体的位置、方位、姿势等作为控制量， 构成追随目标值的任意变化的控制系统（JIS的定义）
伺服电机：构成按照指示的命令动作的控制构造用的
日本电产三协株式会社
伺服的基础（电机篇）
【SE(销售技术)课程】
部署 MCS SE 日期 2018.07
教材编号：E1-02
伺服电机 「S－FLAG」系列产品介绍
什么是伺服电机？
1/1
伺服电机的特点
最大的特長
高精度
高转矩
省能量
与所有其他 电机比较
与同样尺寸的 步进电机比较
与异步电机 比较
可以提高分辨率
瞬间最大电流
可以短时间流过的额定3倍的电流。
单位[Arms] 严守发热的容许时间！ 11/1
表现电机的性能的术语
名称
意思
额定转速
可以连续使用的转速。
[r/min]
最高转速
可以短时间使用的最高转速。
[r/min]
转矩常数
电机流入电流，电流和磁场作用产生转矩。
[N・m/Arms] 此电流与产生的转矩之间的关系。 此值大表示是小的电流可以产生高的转矩的高性能电机。
敏捷高精度动作的电机
2/1
对伺服电机的要求事项
「制造」＝「自动化」＝「机器人」
「４K工作」使用机器人
・辛苦
（Kitsui）
・危险
（Kiken）
・脏
（Kitanai）
・洁净（非常）（Kirei）
机器人的必要性
・比人力更快 ・比人力更确实 ・比人力更重的物品 ・人不能工作的环境
「机器人」＝「伺服电机」
慣性力矩
表现旋转容易（难）、停止容易（难）。
（惯量）
[kg・m２]
额定功率变化率 电机可以输出的功率上升率。同样容量的电机，功有比其他电机高的功率变化率的高性 能。
12/1
编码器
13/1
编码器的分类
编码器根据角度检出方式和使用的素子进行分类
转速 Speed［r/min］
控制构造
■伺服的控制构造
设定目标值
控制装置 （位置・速度・转矩）（伺服驱动器） 控制量算出
电流
电机
旋转型 （转子）
输出
转矩
告知当前的角度
本章详细说明电机和 编码器。 驱动器在下一章说明。
角度检出器 （编码器）
角度计测
9/1
伺服电机的构造
伺服电机的内部是这样的构造。
轴承 键 轴
转子 编码器
定子・线圈
10/1
表现电机的性能的术语
名称
意思
电源电压
对主回路输入电源AC200V～240V进行整流、电容平滑转换为DC280V～340V。
单位[V]
电机输出容量
S-FLAG有以下电机。
单位[W]
□40： 50W,100W
□60： 200W,400W
□80： 750W
□130： 1kW,1.5kW,2kW
控脉 制冲 器发
生 器 指令脉冲
信号
驱
动
器
电机
电流变换
60
79
60
重量 0.9kg
闭环方式
上 位 控 制 器 运行数据
开始信号
控 脉 指令脉冲 制 冲 信号 器发
生
ア 电流变换
ン
プ
电机
器
动作完成
编码器
信号
信号
伺服电机小型轻量！
5/1
伺服电机和步进电机
步进电机的特性
必须考虑的余量的 范围很广！
伺服电机的特性
编码器
光学式
受光素子
罩 板
通过型 反射型
码盘 光学系统 发光部
磁气式
线圈型
分解器 VR分解器
磁石型
Ｍ Ｒ 素 子
磁石
霍尔素子 MR素子
编码器各有其优点／缺点。 请记住以下的优点
・光学式 ： 重视高精度・高分辨率的场合有优势！ ・磁气式 ： 重视耐环境性的场合有优势！
S-FLAG
14/1
磁气式编码器的强项
●他社
： LED和受光素子的距离小，组装复杂 15/1
磁气式编码器的强项
■耐尘・耐油性能强、消費电力小
磁气式绝对值编码器
光学式绝对值编码器
1对极永久磁石
处理电路
MR素子
并非检测磁场的强度 而是『检测方向』的方法， 抗汚能力强。
不需要LED发光， 抑制消费电力
耐尘・耐油：○ 消費电力： ○
码盘受污 会引起误动作。