伺服電機 
伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制

機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速

裝置。
伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以

將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺

服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應，

在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時

間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收

到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸

出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特

點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)

矩的增加而勻速下降。

交流伺服電動機
交流伺服電動機定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單

相異步電動機相似.其定子上裝有兩個位置互差90°

的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓

Uf上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。

所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。
交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使

伺服電動機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械特性

，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應的性能，它與普通電

動機相比，應具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個

特點。目前應用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種

是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的

鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細

長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯

壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在

空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子.空心杯形轉(zhuǎn)子的

轉(zhuǎn)動慣量很小，反應迅速，而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被

廣泛采用。
交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內(nèi)只有勵

磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動。當有控制

電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)

磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負載恒定的情況下，電動機的

轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位

相反時，伺服電動機將反轉(zhuǎn)。
永磁交流伺服電動機
20世紀80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術

和交流可變速驅(qū)動技術的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動

技術有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出

各自的交流伺服電動機和伺服驅(qū)動器系列產(chǎn)品并不

斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當代高性能伺

服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被

淘汰的危機。90年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了

的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動機

伺服驅(qū)動。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領域的發(fā)展日

新月異。
永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要

優(yōu)點有：
⑴無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)

要求低。
⑵定子繞組散熱比較方便。
⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。
⑷適應于高速大力矩工作狀態(tài)。
⑸同功率下有較小的體積和重量。
伺服電動機與單相異步電動機比較
交流伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動

機雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所

以伺服電動機與單機異步電動機相比，有三個顯著

特點：
1、起動轉(zhuǎn)矩大
由于轉(zhuǎn)子電阻大，與普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲

線相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0>1，

這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機械特性）更接近于線性，

而且具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。因此，當定子一有控制

電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，即具有起動快、靈敏度高的

特點。
2、運行范圍較廣
3、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象
正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機

立即停止運轉(zhuǎn)。當伺服電動機失去控制電壓后，它

處于單相運行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個

相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個

轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特

性（T－S曲線）
交流伺服電動機的輸出功率一般是0.1-100W。當電

源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當

電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等

多種。
交流伺服電動機運行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是

非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，

因此與同容量直流伺服電動機相比，體積大、重量

重，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。
調(diào)試方法編輯
1、初始化參數(shù)
在接線之前，先初始化參數(shù)。 [2] 
在控制卡上：選好控制方式；將PID參數(shù)清零；讓控

制卡上電時默認使能信號關閉；將此狀態(tài)保存，確

?？刂瓶ㄔ俅紊想姇r即為此狀態(tài)。
在伺服電機上：設置控制方式；設置使能由外部控

制；編碼器信號輸出的齒輪比；設置控制信號與電

機轉(zhuǎn)速的比例關系。一般來說，建議使伺服工作中

的最大設計轉(zhuǎn)速對應9V的控制電壓。比如，山洋是

設置1V電壓對應的轉(zhuǎn)速，出廠值為500，如果你只準

備讓電機在1000轉(zhuǎn)以下工作，那么，將這個參數(shù)設

置為111。
2、接線
將控制卡斷電，連接控制卡與伺服之間的信號線。

以下的線是必須要接的：控制卡的模擬量輸出線、

使能信號線、伺服輸出的編碼器信號線。復查接線

沒有錯誤后，電機和控制卡（以及PC）上電。此時

電機應該不動，而且可以用外力輕松轉(zhuǎn)動，如果不

是這樣，檢查使能信號的設置與接線。用外力轉(zhuǎn)動

電機，檢查控制卡是否可以正確檢測到電機位置的

變化，否則檢查編碼器信號的接線和設置
3、試方向
對于一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果反饋信號的方向不正

確，后果肯定是災難性的。通過控制卡打開伺服的

使能信號。這是伺服應該以一個較低的速度轉(zhuǎn)動，

這就是傳說中的“零漂”。一般控制卡上都會有抑

制零漂的指令或參數(shù)。使用這個指令或參數(shù)，看電

機的轉(zhuǎn)速和方向是否可以通過這個指令（參數(shù)）控

制。如果不能控制，檢查模擬量接線及控制方式的

參數(shù)設置。確認給出正數(shù)，電機正轉(zhuǎn)，編碼器計數(shù)

增加；給出負數(shù)，電機反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，編碼器計數(shù)減小。

如果電機帶有負載，行程有限，不要采用這種方式

。測試不要給過大的電壓，建議在1V以下。如果方

向不一致，可以修改控制卡或電機上的參數(shù)，使其

一致。
4、抑制零漂
在閉環(huán)控制過程中，零漂的存在會對控制效果有一

定的影響，最好將其抑制住。使用控制卡或伺服上

抑制零飄的參數(shù)，仔細調(diào)整，使電機的轉(zhuǎn)速趨近于

零。由于零漂本身也有一定的隨機性，所以，不必

要求電機轉(zhuǎn)速絕對為零。
5、建立閉環(huán)控制
再次通過控制卡將伺服使能信號放開，在控制卡上

輸入一個較小的比例增益，至于多大算較小，這只

能憑感覺了，如果實在不放心，就輸入控制卡能允

許的最小值。將控制卡和伺服的使能信號打開。這

時，電機應該已經(jīng)能夠按照運動指令大致做出動作

了。
6、調(diào)整閉環(huán)參數(shù)
細調(diào)控制參數(shù)，確保電機按照控制卡的指令運動，

這是必須要做的工作，而這部分工作，更多的是經(jīng)

驗，這里只能從略了。
性能比較編輯
伺服電機與步進電機的性能比較
步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控

制技術有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系

統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交

流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應

用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨

勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式

交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方

式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和

應用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性

能作一比較。
一、控制精度不同
兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°，

五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°

。也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更

小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產(chǎn)的二相混合式

步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、

0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072

°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的

步距角。
交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼

器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于

帶標準2000線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部

采用了四倍頻技術，其脈沖當量為

360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而

言，驅(qū)動器每接收131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其

脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角

為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。
二、低頻特性不同
步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率

與負載情況和驅(qū)動器性能有關，一般認為振動頻率

為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工

作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)

非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用

阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻

尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術等。
交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會

出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，

可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解

析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)

調(diào)整。
三、矩頻特性不同
步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高

轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300

～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額

定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸

出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
四、過載能力不同
步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有

較強的過載能力。以三洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具

有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)

矩的二到三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的

慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選

型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)

矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大

的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。
五、運行性能不同
步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載

過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易

出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應處理

好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，

驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)

部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的

丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。
六、速度響應性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾

百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性

能較好，以山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加

速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快

速啟停的控制場合。
綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步

進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電

機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程

中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選

用適當?shù)目刂齐姍C。


特點對比編輯
直流無刷伺服電機特點
轉(zhuǎn)動慣量小、啟動電壓低、空載電流小； 棄接觸式

換向系統(tǒng)，大大提高電機轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速高達100 

000rpm；無刷伺服電機在執(zhí)行伺服控制時，無須編

碼器也可實現(xiàn)速度、位置、扭矩等的控制； 不存在

電刷磨損情況，除轉(zhuǎn)速高之外，還具有壽命長、噪

音低、無電磁干擾等特點。
直流有刷伺服電機特點
1.體積小、動作快反應快、過載能力大、調(diào)速范圍

寬
2.低速力矩大, 波動小，運行平穩(wěn)
3.低噪音,高效率
4.后端編碼器反饋（選配）構(gòu)成直流伺服等優(yōu)點
5.變壓范圍大，頻率可調(diào)
使用范圍編輯
直流伺服電機可應用在是火花機、機械手、精確的

機器等?？赏瑫r配置2500P/R高分析度的標準編碼器

及測速器，更能加配減速箱、令機械設備帶來可靠

的準確性及高扭力。 調(diào)速性好，單位重量和體積下

，輸出功率最高，大于交流電機，更遠遠超過步進

電機。多級結(jié)構(gòu)的力矩波動小。
主要作用編輯
伺服電機在封閉的環(huán)里面使用。就是說它隨時把信

號傳給系統(tǒng)，同時把系統(tǒng)給出的信號來修正自己的

運轉(zhuǎn)。
伺服電機也可用單片機控制。


優(yōu)點編輯
首先我們來看一下伺服電機和其他電機（如步進電

機）相比到底有什么優(yōu)點：
1、精度：實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克

服了步進電機失步的問題；
2、轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達到2000～

3000轉(zhuǎn)；
3、適應性：抗過載能力強，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩

的負載，對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合

特別適用；
4、穩(wěn)定：低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產(chǎn)生類似

于步進電機的步進運行現(xiàn)象。適用于有高速響應要

求的場合；
5、及時性：電機加減速的動態(tài)相應時間短，一般在

幾十毫秒之內(nèi)；
6、舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。
簡單點說就是：平?？吹降哪欠N普通的電機，斷電

后它還會因為自身的慣性再轉(zhuǎn)一會兒，然后停下。

而伺服電機和步進電機是說停就停，說走就走，反

應極快。但步進電機存在失步現(xiàn)象。
伺服電機的應用領域就太多了。只要是要有動力源

的，而且對精度有要求的一般都可能涉及到伺服電

機。如機床、印刷設備、包裝設備、紡織設備、激

光加工設備、機器人、自動化生產(chǎn)線等對工藝精度

、加工效率和工作可靠性等要求相對較高的設備。