來源：控制工程網
摘要：伺服系統(tǒng)的選擇標準不僅僅是功率和價格。在比較伺服裝置時不能忽略的重要特性包括：額定轉矩、額定轉速、過負載時間、轉矩慣量比、分辨率、質量和穩(wěn)定性等。
有一種比較常見的觀點，兩個具有相同功率范圍、但是由不同制造商生產的伺服裝置，性能水平相差不多，其它能夠作為比較重要點的僅有價格。本文將會顛覆這個觀點。在比較伺服裝置時不能忽略的重要特性包括：額定轉矩、額定轉速、過負載時間、轉矩慣性比、分辨率、頻率響應、網絡解決方案、外形尺寸、質量和穩(wěn)定性。
伺服電機扭矩
伺服系統(tǒng)的工作范圍被分為兩類：連續(xù)工作和間歇工作（見圖1）。連續(xù)工作范圍表示伺服輸出扭矩可以以24/7模式工作，而不會導致過熱或者損壞電機。間歇工作范圍指的是伺服輸出的扭矩數(shù)值組只能維持很短的時間。這種爆發(fā)式的扭矩一般用于加速、減速、或者應對突發(fā)的負載波動。
圖1：該圖顯示的是典型的扭矩轉速曲線，比較了連續(xù)（A）和間歇（B）工作區(qū)域。
不幸的是，扭矩和轉速等級在整個運動控制市場上并不統(tǒng)一。在間歇工作范圍時，伺服裝置能夠連續(xù)輸出扭矩的時間（有時候被稱之為過載時間），隨著生產制造商的不同而有很大的變化，而對此一般并沒有明確的規(guī)定。僅僅這一特點就導致一個伺服系統(tǒng)能夠執(zhí)行的任務類型有很大的不同。在為伺服裝置選型時，需要記住的是，RMS（或者簡單的說，平均）扭矩需求必須在連續(xù)工作范圍內，這樣伺服裝置就可以連續(xù)工作而不會導致過熱。伺服電機所能工作的周期，取決于它所能散發(fā)出去的熱量。
在用戶的機器上，選取兩種不同品牌的伺服裝置，它們的外形尺寸基本相似（見圖2），進行了一次測試。盡管它們的外形尺寸基本相同，但是它們的功率等級卻有差異：一個額定功率為750W，另外一個為860W。在對機器的運行完成多個測試后，所得出的結論為：750W的電機性能更優(yōu)，明顯更適合于該應用。這樣的結果看起來有點違反常識，但是如果你明白，并不是所有伺服裝置的額定扭矩都是在相同的轉速上測量得到的。
圖2：如圖中所示的試驗臺架，可測量性能，并比較伺服系統(tǒng)的特性。
電機功率公式由扭矩和轉速來表征，但是在運動控制工業(yè)領域內，對伺服裝置來講，這兩者都沒有標準的額定數(shù)值。因此，在選擇電機時，非常關鍵的一點是在機器運行轉速上選擇所需的扭矩，而不是只盯著功率等級。在相同的功率下，伺服電機的轉子，可以是提供較大扭矩和較低轉速的繞線方式，也可以是較高轉速和較小扭矩的繞線方式。
伺服慣量
到目前為止，我們只討論了扭矩、轉速和功率。在選擇伺服裝置時，慣量是必須考慮的另外一個非常重要的技術參數(shù)。伺服電機轉子的慣量和負載慣量（負載和電機的主軸耦合）之間的比值非常關鍵。根據(jù)定義，伺服電機是閉環(huán)系統(tǒng)，其控制邏輯持續(xù)不斷的改變電機中的電流。輸送到電機的電流是根據(jù)復雜的算法計算出來的，該算法考慮位置、轉速、扭矩的指令和反饋之間的差異。
電機和負載之間的慣量比能夠顯著的影響伺服系統(tǒng)精確的控制電機的能力。如果比例過高，電機就會過調，導致波動。這些波動可能是微不足道的，比如在停機時的輕微擺動；也可能非常大的，比如劇烈、嘈雜的振動，這種振動有可能損害機器?，F(xiàn)在高性能的伺服電機具有低慣量、永磁體轉子，可以以較小的體積提供較大的扭矩。非常重要的是選擇適當?shù)臋C械傳動裝置（比如，齒輪箱、滾珠螺桿或者皮帶輪）來實現(xiàn)可接受范圍內的負載/轉子慣量比：
■?10：1平均性能；
■?5：1較高性能；
■?1：1最高性能。
伺服系統(tǒng)分辨率
另外一個重要因素是反饋裝置的分辨率。解碼器的分辨率在不斷提高。解碼器具有20位或更高的分辨率，并不是不常見。20位的解碼器，在每個循環(huán)內具有超過一百萬次的脈沖。要記住，伺服的目的是確定指令和實際位置之間的偏差，并將其逐步縮小到零。分辨率越高，伺服系統(tǒng)就能越快的確定運動，并采取校正動作，從而實現(xiàn)更具剛性、更精確的負載控制。
伺服系統(tǒng)的頻率響應和帶寬
伺服系統(tǒng)實時計算和輸出電流的能力，是伺服系統(tǒng)變化比較大的另外一個方面。頻率響應是伺服系統(tǒng)度量其跟隨指令信號變化的一個能力。
伺服系統(tǒng)帶寬的定義：當正弦波信號指令加載到轉速回路，正弦波的頻率就會增加，直到伺服不能再改變軸的轉速來匹配指令信號為止。當實際轉速回落到指令信號的70.7%（-3dB）時，此時所測量的頻率就是帶寬。在過去24年間，高性能伺服系統(tǒng)轉速回路的帶寬已經增加了10倍，從最初的不足100Hz到現(xiàn)在的超過1KHz。
伺服系統(tǒng)控制
隨著電源技術的進步，伺服系統(tǒng)改進了很多。大多數(shù)現(xiàn)代伺服系統(tǒng)都具有基于網絡的結構，這樣可以降低實施成本，提升診斷功能。接線量的降低也能提高OEM進行多軸系統(tǒng)調試時的速度，這樣就可以獲取更高的利潤和更大的產量。在當今通訊不斷增長的年代，無論是對伺服系統(tǒng)控制還是在生產制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與SCADA系統(tǒng)之間信息的處理，網絡的連接性都絕對是必須的。增加的故障診斷功能能夠降低停機時間，允許支持人員遠程快速排除故障問題。
盡管伺服裝置的性能已經獲得提升，放大器和控制器中的電子元件的尺寸卻在不斷減小。較高散熱效率的設計所需要的放大器彼此間的空間較小。這些進步有助于縮小電子設備的外形尺寸，從而可以顯著的降低整個系統(tǒng)的費用。較小的控制機柜以及由此所節(jié)約的物理空間，可以用于實現(xiàn)工廠車間更有效的利用。
伺服系統(tǒng)質量
當然，如果系統(tǒng)質量不過關，那么前述特性所帶來的好處也是有限的。非常重要的一點是，應當選擇具有可追蹤記錄的高質量生產制造商，并且要有數(shù)據(jù)支持。平均故障間隔時間是產品質量和可靠性度量的一個統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在采購前索取這些信息，可以幫助你選擇一個運動控制合作伙伴，其產品具有較低的整個生命周期使用費用。
在采購伺服系統(tǒng)前，有很多因素需要考慮。下一次，在比較伺服裝置時，要記住確定真正價值的標準遠遠不止功率和價格。（作者：Jerry?Tyson，Michael?Miller）
