选择伺服驱动器：您需要了解的9件事
调整用于伺服应用的电机的大小需要评估运动曲线和扭矩要求，以确定系统的机械要求，例如最大速度和加速度，RMS和峰值扭矩值以及负载与电机惯量的匹配。一旦选择了电动机，下一步就是选择一个驱动器。
从表面上看，选择伺服驱动器(也称为伺服放大器)似乎只是简单地将驱动电压和电流输出与电动机的要求相匹配的问题。但是，有许多因素需要考虑，以确保驱动器在完整的 伺服系统中令人满意地运行。尽管某些应用程序可能需要驱动器具有更特殊的功能，但以下是指导大多数应用程序选择伺服驱动器的九个因素。
1.电机类型通常与伺服驱动器配对
伺服驱动器可与在闭环系统中运行的任何电动机一起使用，包括步进，感应和异步电动机，但与伺服驱动器配对的两种最常见的电动机是无刷直流电动机和同步交流电动机。其中，同步交流电动机在运动控制应用中更为常见。
2.伺服驱动器提示换向
驱动器所需的换向类型取决于被驱动的电动机类型以及应用对转矩脉动的敏感度。无刷直流电动机可采用 梯形 或 正弦换向运行，而交流同步电动机则采用正弦换向。梯形换向(也称为六步换向)是较简单的方法，它使用三个霍尔传感器确定换向顺序。但是会产生高转矩脉动。
正弦换向实际上消除了转矩脉动，并通过不断改变提供给电机绕组的电流来提供更精确的控制。但是，它需要高分辨率的反馈设备来跟踪转子位置。
同步AC和BLDC电动机的正弦波(左)和梯形(右)电流波形。图片来源：意法半导体
3.反馈
伺服系统需要反馈，以提供闭环操作并检测和纠正电动机实际位置，转矩或速度中的任何误差。尽管大多数高端系统使用旋转变压器或编码器，但霍尔传感器，旋转变压器或编码器可以提供此反馈。无论采用哪种反馈机制，驱动器都必须与其信号兼容，才能对其进行处理并将其传达给控制器。
4.电压和电流
电动机驱动关系的最基本要求是，来自驱动器的功率(最大电压，连续电流和峰值电流)必须足以产生电动机所需的机械输出(扭矩，速度和位置)。由于电动机和驱动器的操作是相互依赖的，因此制造商提供了扭矩-速度曲线，这些曲线定义了特定电动机驱动器组合的性能。
5.操作模式
驱动器内的伺服控制环用于控制扭矩，速度或位置(或三者的组合)。虽然所有伺服驱动器都包含转矩控制环和速度控制环，但只有数字驱动器可以提供位置控制。
伺服驱动器通常具有多环结构，其中电流环嵌套在速度环内，速度环嵌套在位置环内。模拟驱动器可以提供电流和速度控制，但是只有数字驱动器具有位置环。图片来源：nctu.edu
6.模拟或数字
传统的伺服驱动器是 模拟的，并且将来自控制器的±10伏信号转换为电流命令，以供电动机控制转矩或速度。为了调谐模拟驱动器，通过电位计设置增益值和其他参数。对于较新的数字 驱动器，可以通过数字或模拟输入执行命令，并通过软件进行调整。
除扭矩，速度和位置环外，数字驱动器还可以管理高级功能，例如路径生成。数字驱动器还能够监视驱动器的内部功能(例如跟随错误)并提供更详细的故障诊断。
7.沟通
为了使驱动器和控制器彼此“交谈”，它们必须具有共同的语言。为此，伺服驱动器提供了多种通信协议，从基本的串行链路(例如RS485)到更高级的协议(例如传统的现场总线网络(例如DeviceNet)或以太网协议)。
通信协议的选择将在很大程度上取决于所需的通信速度，多个驱动器之间是否存在主从配置，以及在某些情况下所使用的控制器的类型。
8.综合安全
现在，在许多类型的机器上都要求执行功能安全性，并受EN / IEC 62061和EN / ISO 13849-1安全标准的约束。为了符合这些标准，许多高级驱动器都集成了安全功能，例如安全转矩关闭(STO)和安全停止1(SS1)。
激活STO功能会使驱动器停止为电动机供电。然后电动机惯性停车。图片来源：西门子
9.伺服驱动器安装类型
对于工业应用，伺服驱动器大部分是面板安装或PCB安装的。面板安装的驱动器通常安装在控制柜中，可以保护它们免受环境危害，并且可以从外部进行冷却。
相比之下，安装在PCB上的驱动器(也称为插入式驱动器)为直接集成到PCB提供了紧凑的解决方案。这些插件驱动器通常用于大批量OEM应用中。
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