伺服電機是控制伺服系統中機械元件運行的發動機，是輔助電機的間接變速裝置。伺服電機可以精確控制速度和位置，并將電壓信號轉換成扭矩和轉速來驅動被控對象。伺服電機轉子速度由輸入信號控制，并能快速響應。在自動控制系統中，它作為執行機構，具有機電時間常數小、線性度高、啟動電壓低等特點。它可以將接收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度并輸出。它分為兩類：DC伺服電機和交流伺服電機。它的主要特點是信號電壓為零時，沒有旋轉現象，轉速隨著扭矩的增加而勻速下降。

伺服機構是一種自動控制系統，使輸出的被控變量如物體的位置、方向、狀態等跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化。伺服主要靠脈沖定位。基本上可以理解為伺服電機接收到脈沖時，會旋轉一個與脈沖對應的角度，從而實現位移。由于伺服電機本身具有發送脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度就會發出相應數量的脈沖，與伺服電機接收到的脈沖相呼應，或者稱為閉環。這樣，系統將知道有多少脈沖被發送到伺服電機，同時又有多少脈沖被接收回來。

在伺服系統的選擇和調試中，經常會遇到慣性。其具體表現如下：

在伺服系統的選擇中，除了考慮電機的轉矩和額定轉速外，還需要計算轉換到電機軸上的機械系統的慣量，然后根據機器的實際動作要求和工件的質量要求選擇合適慣量的電機，調試時，正確設置慣量比參數是充分發揮機械和伺服系統效率的前提。這一點在要求高速高精度的系統中尤為突出，因此存在慣性匹配的問題。

　　1、什么是“慣量匹配”？

(1)根據牛頓第二定律：“進給系統所需的扭矩t=系統傳動慣量J TImes角加速度角”。加速度影響系統的動態特性。越小，從控制器到系統執行的時間越長，系統響應越慢。如果發生變化，系統響應會忽快忽慢，影響加工精度。由于選擇電機后，大輸出T值保持不變，如果的變化預計較小，J應盡可能小。

(2)進給軸的總慣性“j=由電機軸轉換的伺服電機負載慣性動量JL的轉動慣性動量JM。負載慣性JL是由電機軸上的慣性轉化而來的線性和旋轉運動部件的慣性，如工作臺、夾具和工件、螺釘、聯軸器等。(以平面金屬切割機為例)。JM是伺服電機的轉子慣性。選擇伺服電機后，該值為固定值，而JL隨工件等負載的變化而變化。如果想讓J的變化率小一點，不如把JL的比例做小一點。這就是通俗意義上的“慣性匹配”。

　　2、“慣量匹配”如何確定？

傳動慣量影響伺服系統的精度、穩定性和動態響應。系統慣性大，機械常數大，響應慢，會降低系統的固有頻率，容易導致共振，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，只有利于提高低速爬行。因此，在機械設計中，在不影響系統剛度的情況下，應盡可能減小慣性。在測量機械系統的動態特性時，慣性越小，系統的動態特性響應越好。慣性越大，電機負載越大，越難控制，但機械系統的慣性必須與電機的慣性相匹配。不同的機構對于慣性匹配原理和不同的功能有不同的選擇。不同的機構動作和加工質量要求對JL和JM的尺寸關系有不同的要求，但大多數要求JL和JM的比例小于10。總之，慣性匹配的確定需要根據機械的工藝特點和加工質量的要求來確定。對于基礎金屬切削機床和伺服電機，建議一般負載慣量應小于電機慣量的5倍。

慣性匹配對于電機選擇非常重要。同樣功率的電機，有的品牌有輕慣性、中慣性或大慣性。其實負載慣量好用公式計算。以前的書籍中有計算物體慣性的常用公式(參考機械設計手冊)。我們做了一個實驗，在一個伺服電機的軸伸上加了一個大慣性盤，為測試做準備。結果就是伺服電機低速停不下來，搖頭擺尾，一直振蕩也停不下來。后來改為：在兩個伺服電機的軸伸和對接處加一個聯軸器，通電一個伺服電機作為驅動力，另一個伺服電機作為從動力，即作為小載荷。原伺服電機，搖頭擺尾，啟動，移動，停止，一切正常！

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　　3、慣量的理論計算的功式？

　　慣量計算都有公式，至于多重負載，比如齒輪又帶齒輪，或渦輪蝸桿傳動，只要分別算出各轉動件慣量然后相加即是系統慣量，電機選型時建議根椐不同的電機進行選配。 負載的轉動慣量肯定是要設計時通過計算算出來拉，如果沒有這個值，電機選型肯定是不那么合理的，或者肯定會有問題的，這是選伺服的重要的幾個參數之一。至于電機慣量，電機樣本手冊上都有標注。 當然，對某些伺服，可以通過調整伺服的過程測出負載的慣量，作為理論設計中的計算的參考。畢竟在設計階段，很多類似摩擦系數之類的參數只能根據經驗來猜，不可能準確。 理論設計中的計算的公式：（僅供參考） 通常將轉動慣量J用飛輪矩GD2來表示，它們之間的關系為

　　J=mp^2= GD^2/4g

　　式中

　　m與G－轉動部分的質量（kg）與重量（N）；

　　D－慣性半徑與直徑（m）；

　　g=9.81m/s2 －重力加速度 飛輪慣量=速度變化率*飛輪距/375

　　當然，理論與實際總會有偏差的，有些地區（如在歐洲），一般是采用中間值通過實際測試得到。這樣，相對我們的經驗公式要準確一些。不過，在目前還是需要計算的，也有固定公式可以去查機械設計手冊的。

　　4、關于摩擦系數？

　　關于摩擦系數，一般電機選擇只是考慮一個系數加到計算過程中，在電機調整時通常都不會考慮。不過，如果這個因素很大，或者講，足以影響電機調整，有些日系通用伺服，據稱有一個參數是用來專門測試的，至于是否好用，本人沒有用過，估計應該是好用的。 有網友發貼說，曾有人發生過這樣的情況：設計時照搬國外的機器，機械部分號稱一樣，電機功率放大了50%選型，可是電機轉不動。因為樣機的機械加工、裝配的精度太差，負載慣量是差不多，可摩擦阻力相差太多了，對具體工況考慮不周。 當然，黏性阻尼和摩擦系數不是同一個問題。 摩擦系數是不變值，這點可以通過電機功率給予補償，但黏性阻尼是變值，通過增大電機功率當然可以緩解，但其實是不合理的。況且沒有設計依據，這個好是在機械狀態上解決，沒有好的機械狀態，伺服調整完全是一句空話。 還有，黏性阻尼跟機械結構設計、加工、裝配等相關，這些在選型時是必須考慮的。而且跟摩擦系數也是息息相關的，正是因為加工水平不夠才造成的摩擦系數不定，不同點相差較大，甚至技術工人裝配水平的差異也會導致很大的差異，這些在電機選型時必須要考慮的。這樣，才會有保險系數，當然歸根結底還是電機功率的問題。

　　5、慣量的理論計算后，微調修正的簡單化

　　可能有些朋友覺的：太復雜了！ 實際情況是，某品牌的產品各種各樣的參數已經確定，在滿足功率，轉矩，轉速的條件下，產品型號已經確定，如果慣量仍然不能滿足，能否將功率提高一檔來滿足慣量的要求？ 答案是：功率提高可以帶動加速度提高的話，應是可以的。

　　6、伺服電機選型

　　在選擇好機械傳動方案以后，就必須對伺服電機的型號和大小進行選擇和確認。

　　（1）選型條件：一般情況下，選擇伺服電機需滿足下列情況：

　　1.馬達大轉速＞系統所需之高移動轉速。

　　2.馬達的轉子慣量與負載慣量相匹配。

　　3連續負載工作扭力≤馬達額定扭力

　　4.馬達大輸出扭力＞系統所需大扭力（加速時扭力）

　　（2）選型計算：

　　1. 慣量匹配計算（JL/JM）

　　2. 回轉速度計算（負載端轉速，馬達端轉速） 3. 負載扭矩計算（連續負載工作扭矩，加速時扭矩。

　　伺服電機低慣量與高慣量的區別

　　轉動慣量=轉動半徑*質量

　　低慣量就是電機做的比較扁長，主軸慣量小，當電機做頻率高的反復運動時，慣量小，發熱就小。所以低慣量的電機適合高頻率的往復運動使用。但是一般力矩相對要小些。高慣量的伺服電機就比較粗大，力矩大，適合大力矩的但不很快往復運動的場合。因為高速運動到停止，驅動器要產生很大的反向驅動電壓來停止這個大慣量，發熱就很大了。

　　慣量就是剛體繞軸轉動的慣性的度量，轉動慣量是表征剛體轉動慣性大小的物理量。它與剛體的質量、質量相對于轉軸的分布有關。（剛體是指 理想狀態下的不會有任何變化的物體），選擇的時候遇到電機慣量，也是伺服電機的一項重要指標。它指的是伺服電機轉子本身的慣量，對于電機的加減速來說相當重要。如果不能很好的匹配慣量，電機的動作會很不平穩。

　　一般來說，小慣量的電機制動性能好，啟動，加速停止的反應很快，高速往復性好，適合于一些輕負載，高速定位的場合，如一些直線高速定位機構。中、大慣量的電機適用大負載、平穩要求比較高的場合，如一些圓周運動機構和一些機床行業。

　　如果負載比較大或是加速特性比較大，而選擇了小慣量的電機，可能對電機軸損傷太大，選擇應該根據負載的大小，加速度的大小，等等因素來選擇，一般的選型手冊上有相關的能量計算公式。

　　伺服電機驅動器對伺服電機的響應控制，值為負載慣量與電機轉子慣量之比為一，大不可超過五倍。通過機械傳動裝置的設計，可以使負載

　　慣量與電機轉子慣量之比接近一或較小。當負載慣量確實很大，機械設計不可能使負載慣量與電機轉子慣量之比小于五倍時，則可使用電機轉子慣量較大的電機，即所謂的大慣量電機。使用大慣量的電機，要達到一定的響應，驅動器的容量應要大一些。