伺服電機是一種專門設計用于精確控制位置、速度和加速度的電動機。它通常與伺服驅動器（也稱為伺服放大器或伺服控制器）一起使用，形成一個閉環控制系統。這種系統能夠提供高精度的運動控制，并且廣泛應用于機器人技術、CNC機床、自動化裝配線、印刷設備以及各種需要精確定位的應用中。

工作原理概述

伺服電機，也稱為執行電動機，在自動控制系統中扮演執行機構的角色，負責將接收到的電信號轉化為電機軸上的角位移或角速度輸出。其顯著特征在于，當輸入信號電壓為零時，它不會產生自轉，而且它的轉速會隨著轉矩的增加而均勻下降。

伺服電機構成了一個閉環反饋控制系統。在這個系統中，電機通過減速齒輪組驅動，而齒輪組的輸出端則帶動一個線性比例電位器來進行位置檢測。這個電位器將轉動角度轉換為相應的電壓值，并將此電壓反饋給控制電路板。控制電路板將反饋的電壓與輸入的控制脈沖信號進行比較，從而產生校正脈沖，并驅動電機正向或反向旋轉，以確保齒輪組的輸出位置達到預期的目標值，使校正脈沖逐漸減少至零，實現伺服電機的精確定位。

在伺服電機內部，轉子是由永磁材料制成的，而驅動器控制的U/V/W三相電流產生了一個電磁場，使得轉子在該磁場中旋轉。同時，電機內置的編碼器將反饋信號傳送給驅動器，驅動器根據這些反饋信號和目標值進行對比，進而調整轉子的旋轉角度。因此，伺服電機的定位精度主要取決于編碼器的精度（線數）。

指令輸入 - 伺服系統的工作開始于一個外部命令，這個命令可以是一個期望的位置、速度或者加速度。這個命令通常來自于一個更高級別的控制系統，如PLC、工業PC或專用的運動控制器。

比較與計算 - 當外部命令被發送到伺服驅動器時，它會與編碼器等傳感器提供的當前狀態進行比較。如果存在差異，伺服驅動器會根據這個差異計算出必要的調整量，以便電機達到指定的位置或速度。

功率轉換與放大 - 伺服驅動器內部包含電力電子器件，它們負責將標準的工業電源轉換成適當的電壓和電流形式來驅動電機。這通常涉及到PWM（脈沖寬度調制）信號的使用，它可以精確地控制流向電機繞組的電流量。

電機響應 - 經過調整后的電能被供應到伺服電機，使其按照指定的方向和速度轉動。伺服電機通常是永磁同步電機，具有較高的效率和動態響應能力。

位置反饋 - 隨著電機的轉動，編碼器或其他位置傳感器會持續監測電機軸的實際位置，并將這一信息實時反饋給伺服驅動器。這樣，驅動器就可以持續比較實際位置和目標位置之間的差距，并進行必要的調整。

通過上述過程，伺服電機系統能夠實現極高的精度和響應速度。由于其出色的性能，伺服電機在許多要求嚴格的工業應用中成為首選。此外，現代伺服系統還具有自我診斷和故障保護功能，提高了系統的可靠性和安全性。隨著技術的不斷進步，伺服電機和驅動器變得更加高效、智能化，使得它們能夠適應更加復雜的運動控制需求。