伺服电机

更新: 6/28/2025 字数: 0 字 时长: 0 分钟

伺服电机（Servo Motor）是一种能够精确控制位置、速度和加速度的电机。它们通常与反馈系统结合使用，以实现高度精密的运动控制。

伺服（Servo）的含义

伺服机构（Servomechanism），通常简称为伺服（Servo），是一种专业的自动控制系统，旨在控制对象的位置或运动。它由四个主要组成部分组成：

• 输入指令： 系统需要实现的期望位置或运动。
• 反馈： 系统持续接收有关被控制对象实际位置或运动的反馈。这个反馈用于与输入指令进行比较并进行必要的调整。
• 功率放大： 系统包括一个功率放大机制，可以增加施加在对象上的功率或力，确保其能够实现期望的位置或运动。
• 输出： 输出是系统控制的结果，通常是对象的运动或定位。

伺服机构广泛应用于需要精确控制位置或运动的各种应用中。它们通常出现在机器人技术、航空航天系统、工业自动化、汽车系统等领域，其中精度和响应性至关重要。伺服机构中的反馈回路允许其持续调整和纠正与期望位置的偏差，确保准确稳定的控制。

内部结构

伺服电机有三根引线。一根用于电源，另一根用于地线，第三根是控制引线。由于伺服是一个闭环反馈系统，需要控制引线来感知伺服轴的位置并在必要时进行调整。

伺服电机至少包含以下三个主要部分：直流电机、减速齿轮和控制电路。

直流电机

直流电机负责改变方向。在上图中是银色的部分。

减速齿轮

这些齿轮将直流电机的高速减少到适合进行精细控制的速度。由于有了这些齿轮，电机的多次旋转等于伺服轴的一次旋转。外壳上带有孔的黑色部分是伺服的角。角用于将杆和其他物品连接到伺服电机。它们有各种不同的形状和大小。

控制电路

伺服的输出齿轮连接到一个电位计（上图中的棕色物体），它是一个可变电阻。电位计的位置指示了伺服电机轴的位置。还有一个带有一些电路的小板，它读取电位计并控制伺服。

下图是一个典型的伺服电机的内部示意图：

控制信号

伺服电机通常由4.8到6伏特的电源供电，除此以外，它还需要特殊的控制信号。控制伺服电机运作的信号是一系列电脉冲。决定伺服位置的是脉冲的确切长度或持续时间。控制伺服的不是每秒脉冲的次数，而是控制它的脉冲的持续时间。

脉宽调制依赖于数字脉冲的占空比（开时间与关时间）。然而，伺服不关心占空比；它们关心的是脉冲的持续时间。这就是使伺服控制略有不同于PWM的原因。因此，更准确地说，可以将伺服控制称为脉冲持续时间调制。

脉冲的持续时间通常为1 - 2毫秒。1毫秒的脉冲将使其向一个方向旋转，1.5毫秒的脉冲将使伺服返回到中点，而2毫秒的脉冲将使其向另一个方向旋转。典型伺服的运动范围为0到180度，或接近这个范围。

通常，伺服电机每秒需要大约50个这样的脉冲，这个被称为伺服的刷新率或帧率。如果这个速率太低，准确性和保持力矩会降低。如果太高，伺服可能会抖动或无法正常工作。

参数

伺服电机遵循一些标准，其中之一是外壳的尺寸。

标准尺寸的伺服电机大约测量为1.5英寸 x ¾英寸 x 1 3/8英寸，具有四个孔的安装法兰。大尺寸的伺服电机约为标准伺服电机的两倍大小，功率更大。因此，它们适用于机器人运动。迷你和微型伺服电机的大小是标准尺寸的一半或更小，适合在狭小空间里使用。

除了尺寸外，扭矩是另一个重要的参数。它通常以英寸-盎司为单位给出，要么在4.8伏特，要么在4.8伏特和6伏特时都给出。

速度是电机旋转通过给定角度（通常为60度）所需的时间。

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