伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助電機間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，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現(xiàn)象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

伺服系統(tǒng)是具有負反饋的閉環(huán)自動化控制系統(tǒng)，由控制器、伺服驅動器、伺服電機和反饋裝置組成。

伺服系統(tǒng)組成

伺服系統(tǒng)有三種控制方式，即轉矩控制(電流環(huán))、速度控制(電流環(huán)、速度環(huán))、位置控制(電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán))。

轉矩控制：通過外部模擬量的輸入或者直接的地址的賦值來設定電機軸對外輸出轉矩的大小，主要應用于需要嚴格控制轉矩的場合。

速度控制：通過模擬量的輸入或者脈沖的頻率對轉動的速度進行控制。

位置控制：伺服中最常見的控制，位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉動的角度，所以一般應用于定位裝置。

伺服電機一般為三個環(huán)控制，所謂三環(huán)就是3個閉環(huán)負反饋PID調節(jié)系統(tǒng)。最內的PID環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅動器內部進行，通過霍爾裝置檢測驅動器給電機的各相的輸出電流，負反饋給電流的設定進行PID調節(jié)，從而達到輸出電流盡量接近等于設定電流，電流環(huán)就是控制電機轉矩的，所以在轉矩模式下驅動器的運算最小，動態(tài)響應最快。

第2環(huán)是速度環(huán)，通過檢測的電機編碼器的信號來進行負反饋PID調節(jié)，它的環(huán)內PID輸出直接就是電流環(huán)的設定，所以速度環(huán)控制時就包含了速度環(huán)和電流環(huán)，換句話說任何模式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在速度和位置控制的同時系統(tǒng)實際也在進行電流(轉矩)的控制以達到對速度和位置的相應控制。

第3環(huán)是位置環(huán)，它是最外環(huán)，可以在驅動器和電機編碼器間構建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負載間構建，要根據(jù)實際情況來定。由于位置控制環(huán)內部輸出就是速度環(huán)的設定，位置控制模式下系統(tǒng)進行了所有3個環(huán)的運算，此時的系統(tǒng)運算量最大，動態(tài)響應速度也最慢。

伺服電機的用途，相對于普通的電機來說，伺服電機主要用于精確定位，因此大家通常所說的控制伺服，其實就是對伺服電機的位置控制。其實，伺服電機還用另外兩種工作模式，那就是速度控制和轉矩控制，不過應用比較少而已。

速度控制一般都是有變頻器實現(xiàn)，用伺服電機做速度控制，一般是用于快速加減速或是速度精準控制的場合，因為相對于變頻器，伺服電機可以在幾毫米內達到幾千轉，由于伺服都是閉環(huán)的，速度非常穩(wěn)定。轉矩控制主要是 控制伺服電機的輸出轉矩，同樣是因為伺服電機的響應快。應用以上兩種控制，可以把伺服驅動器當成變頻器，一般都是用模擬量控制。

1 轉矩控制：

轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對應5Nm的話，當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm：如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉，外部負載等于2.5Nm時電機不轉，大于2.5Nm時電機反轉(通常在有重力負載情況下產(chǎn)生)?？梢酝ㄟ^即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。

應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

2 位置控制：

位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應用于定位裝置。

應用領域如數(shù)控機床、印刷機械等等。

3 速度模式

通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統(tǒng)的定位精度。