伺服系統(tǒng)（servomechanism-Servo）能夠為機電一體化產(chǎn)品提供高水平的動態(tài)響應和扭矩密度控制系統(tǒng)，是整個工控系統(tǒng)中的重要組成部分之一。為此，采用交流伺服驅動代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓、 DC、步進、交變頻驅動，使系統(tǒng)的性能達到一個全新的水平，包括縮短了周期，提高了生產(chǎn)率，提高了可靠性，延長了使用壽命。要使伺服電機（Servo Motor-SM）更好地發(fā)揮作用，需要了解SM，一些使用特性。
本文將分析SM在使用中的常見問題。
問題1:噪音、不穩(wěn)定性
客戶在一些機器上使用SM時，經(jīng)常會出現(xiàn)噪音過大，電機帶動負載運轉不穩(wěn)定的情況。出現(xiàn)這個問題，很多用戶的第一反應就是SM質量差，因為有時候用步進電機或者變頻電機拖動負載，但是噪音和不穩(wěn)定性要小很多。表面上看確實是SM，但仔細分析了SM，的工作原理之后，我們會發(fā)現(xiàn)這個結論是完全錯誤的。
交流Servo包括伺服驅動器，SM和反饋傳感器(通用SM帶光學編碼器)。
所有這些部件都在一個控制閉環(huán)系統(tǒng)中運行:駕駛員從外部接收參數(shù)信息，然后向電機發(fā)送一定的電流，電機將其轉化為扭矩驅動負載，負載根據(jù)自身特性動作或加速或減速；傳感器測量負載的位置，使驅動裝置將設定信息值與實際位置值進行比較，然后通過改變電機電流使實際位置值與設定信息值一致。當負載的突然變化引起速度變化時，編碼器在得知速度變化后會立即響應伺服驅動器，驅動器會改變提供給SM的電流值，以滿足負載變化并再次回到設定速度。
交流Servo是一個具有極高響應的全閉環(huán)系統(tǒng)，負載波動與正轉速之間的時滯響應非?？臁４藭r，真正限制系統(tǒng)響應效果的是機械連接裝置的傳遞時間。
舉個簡單的例子:有一臺機器使用SM通過V帶以恒定速度和大慣性驅動負載。整個系統(tǒng)需要獲得恒速快速響應特性，并分析其動作過程。
當驅動器給電機送電時，電機會立即產(chǎn)生扭矩；在剛開始的階段，因為V帶會有彈性，負載不會像電機那樣加速快；SM將在負載之前達到設定速度。此時，安裝在電機上的編碼器會減弱電流，進而減弱扭矩。隨著V帶張力的增加，電機的速度會變慢，此時司機會一次又一次地加大電流。
在這個例子中，系統(tǒng)在振蕩，電機轉矩波動，負載速度也相應波動。結果當然是噪音、磨損和不穩(wěn)定。但是，這不是由SM。這種噪音和不穩(wěn)定來自機械傳動裝置，是Servo的響應速度(高)與機械傳動不匹配或響應時間(長)不匹配造成的，即SM的響應時間比系統(tǒng)調整新扭矩所需的時間要快。
當然，找到問題的根源然后解決要容易得多。對于上面的示例，您可以:
(1)增加機械剛度，降低系統(tǒng)的慣性，減少機械傳動部件的響應時間，如用直接螺旋傳動代替V帶或用齒輪箱代替V帶；
(2)降低Servo的響應速度和Servo的控制帶寬，如降低Servo的增益參數(shù)值。
當然，以上內容所展示的只是導致出現(xiàn)噪音和不穩(wěn)定的因素之一。我們需要根據(jù)不同的因素，選擇相對應的解決方案，例如當由于機械共振因素導致產(chǎn)生噪音時。我們若是從伺服方面入手，可以采用諧振抑制和低通濾波。簡而言之，噪音和不穩(wěn)定的原因基本上不是由SM本身引起的。
問題2:慣性匹配
在Servo的選型和調試中，我們經(jīng)常會遇到慣性問題！
具體表現(xiàn)如下:
1.在選擇Servo時，除了考慮電機的扭矩和額定轉速外，還需要先計算從機械系統(tǒng)轉換到電機軸上的慣量，然后根據(jù)機械的實際動作要求和加工零件的質量要求具體選擇具有合適慣量的電機；
2.調試時(手動模式)，正確設置慣量比參數(shù)是充分發(fā)揮機械和Servo最佳性能的前提，在要求高速度、高精度的系統(tǒng)中表現(xiàn)突出(Delta伺服慣量比參數(shù)為1-37，JL/JM)。這樣，就出現(xiàn)了慣性匹配的問題！
到底什么是“慣性匹配”？
1.根據(jù)牛頓第二定律:“進給系統(tǒng)所需的扭矩t =系統(tǒng)的傳動慣量J×角加速度θ。
加速度θ影響系統(tǒng)的動態(tài)特性。θ越小，從控制器到完成系統(tǒng)執(zhí)行所需的時間越長，系統(tǒng)響應越慢。如果θ發(fā)生變化，系統(tǒng)響應將忽快忽慢，影響加工精度。由于選擇電機后，最大輸出T的值不變，如果希望θ的變化較小，j應盡可能小。
2.進給軸的總慣性“J= SM旋轉慣性動量JM+由電機軸轉換的負載慣性動量JL”
負載慣性JL由工作臺、夾具、工件、螺釘、聯(lián)軸器等直線和旋轉運動部件(以機床為例)的慣性組成，相當于電機軸的慣性。JM是SM轉子慣性。當選擇SM時，該值將是一個固定值，而JL將隨著工件等負載的變化而變化。如果預計J的變化率較小，不如把JL的比例做小一點。這就是通俗意義上的“慣性匹配”。
知道什么是慣性匹配，慣性匹配有什么影響？我們如何確定？
影響:
傳動慣量影響Servo的精度、穩(wěn)定性和動態(tài)響應。系統(tǒng)慣性大、機械常數(shù)大、響應慢，會降低系統(tǒng)固有頻率，容易產(chǎn)生共振，從而限制伺服帶寬，影響伺服精度和響應速度。適當增加慣性只是有利于提高低速爬行。因此，在機械設計不影響系統(tǒng)剛度的情況下，應盡可能減小慣性。
確認:
測量機械系統(tǒng)的動態(tài)特性時，慣性越小，系統(tǒng)的動態(tài)響應越好；慣性越大，電機的負載越大，越難控制，但機械系統(tǒng)的慣性需要與電機的慣性相匹配。不同機構對慣性匹配原理的選擇不同，性能也不同。比如數(shù)控中心機通過SM進行高速切削時，當負載慣性增大時，就會發(fā)生:
(1)當控制指令改變時，電機需要更多的時間來滿足新指令的速度要求；
(2)機床沿兩軸進行圓弧曲線快速切削時，會產(chǎn)生較大的誤差:
a、一般SM正常情況下，當JL≦JM時，上述問題不會發(fā)生。
b、當JL=3×JM時，電機的可控性會略有降低，但不會影響普通金屬切削。(高速曲線切割一般推薦JL≦JM)
c、當JL≧3×JM時，電機的可控性會明顯下降，在高速曲線切割中表現(xiàn)突出。
不同的機構運動和加工質量要求對JL和JM的尺寸關系有不同的要求，慣性匹配的確定需要根據(jù)機械的工藝特點和加工質量要求來確定。
問題3: SM選擇
選擇機械傳動方案后，必須選擇并確認SM的型號和尺寸。
(1)選型條件-一般情況下，SM的選擇應滿足以下條件:
●最大電機速度>系統(tǒng)要求的最大移動速度；
●電機轉子慣性與負載慣性匹配；
●連續(xù)負載工作扭矩≦電機額定扭矩；
●電機的最大輸出扭矩>系統(tǒng)所需的最大扭矩(加速時的扭矩)。
(2)選型計算:
低慣性匹配計算(JL/JM)
●轉速計算(負載端速度、電機端速度)
●負載扭矩計算(連續(xù)負載工作扭矩、加速期間的扭矩)
