本來是應(yīng)網(wǎng)友的提議，在公眾號里重發(fā)關(guān)于《伺服那點(diǎn)事兒》的帖子的，但時隔兩年再回頭看那幾個帖子，發(fā)現(xiàn)有不少地方的表述是可以改進(jìn)和優(yōu)化的，所以準(zhǔn)備近期陸續(xù)插播全新版的《伺服那點(diǎn)事兒》。

新版的開篇，我想先從伺服應(yīng)用的三件事談起。

• 產(chǎn)品特性

• 機(jī)械傳動

• 電磁兼容性

在 2014 版的《伺服那點(diǎn)事兒》中，這三件事是分 6 個要點(diǎn)談的：

1. 產(chǎn)品特性

2. 慣量

3. 速比

4. 能效

5. 剛性

6. 噪聲管理

在這 6 點(diǎn)中，除了第 1 點(diǎn)是關(guān)于伺服產(chǎn)品的，其它都是關(guān)于應(yīng)用集成的。而第 6 點(diǎn)是關(guān)于電氣系統(tǒng)的電磁兼容性，而 2-5 點(diǎn)都是關(guān)于機(jī)械傳動方面的系統(tǒng)優(yōu)化。

了解麥總的人都知道，但凡談到伺服運(yùn)控應(yīng)用的時候，我總是會先拿這 6 點(diǎn)說事兒。為什么？ 因?yàn)槲艺J(rèn)為這幾點(diǎn)是做伺服運(yùn)控設(shè)備的基礎(chǔ)。以我在“運(yùn)動”生涯混跡這些年的經(jīng)歷看，絕大多數(shù)的問題都和這幾個要點(diǎn)有關(guān)，處理好這三件事中的 6 個要點(diǎn)，基本上可以解決我們在伺服領(lǐng)域應(yīng)用的大部分問題和困惑。

產(chǎn)品基本特性

在應(yīng)用伺服技術(shù)時，首先要了解清楚的，就是伺服產(chǎn)品（驅(qū)動和電機(jī)組合）的輸出特性和應(yīng)用參數(shù)。

對于伺服產(chǎn)品來說，扭矩和轉(zhuǎn)速的輸出能力，是其最重要的基本特性。然而，與其它產(chǎn)品不同，伺服產(chǎn)品的輸出特性，很難用一些簡單的數(shù)字和參數(shù)表格描述清楚，每個驅(qū)動和電機(jī)（執(zhí)行器）的組合都有著特定的輸出特性曲線。

如上圖，我們稱為矩頻特性曲線。從圖中我們可以看到，伺服產(chǎn)品的扭矩和轉(zhuǎn)速的輸出能力并不是一個固定值，而是隨著外界各種環(huán)境因素而不斷變化的，比如：扭矩能力隨著轉(zhuǎn)速升高下降的趨勢、環(huán)境溫度對持續(xù)扭矩的影響、電壓等級對峰值轉(zhuǎn)速的影響...等等。因此，明白這些特性曲線的含義，以及它們會受到哪些外界應(yīng)用環(huán)境參數(shù)的何種影響，會幫助我們更合理的應(yīng)用伺服技術(shù)，并讓產(chǎn)品發(fā)揮其應(yīng)有的性能。反之，當(dāng)然就是各種風(fēng)險甚至問題。

機(jī)械傳動

在生產(chǎn)設(shè)備中，伺服產(chǎn)品其實(shí)扮演的是動力源的角色，但卻不是唯一重要角色。要驅(qū)動設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械傳動是重要環(huán)節(jié)。在伺服技術(shù)的應(yīng)用中，機(jī)械、物理尤其是運(yùn)動學(xué)在其中是被應(yīng)用最多的學(xué)科。設(shè)備性能的提升，除了需要動力源的不斷進(jìn)化，與此同時，設(shè)備機(jī)械物理結(jié)構(gòu)也需要隨之持續(xù)簡化和優(yōu)化。這一點(diǎn)，我們可以借鑒汽車和火車的發(fā)展史。

早期的汽車在剛發(fā)明的時候，外形結(jié)構(gòu)基本上就是沒有馬拉的車，而后來其動力不斷進(jìn)化，隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)越來越先進(jìn)，汽車本身的各個機(jī)械部件也隨之不斷的進(jìn)步；火車的動力從一開始的蒸汽機(jī)車到內(nèi)燃機(jī)車，再到后來的電力機(jī)車乃至今天的高鐵動車，其結(jié)構(gòu)也因?yàn)槠鋭恿υ葱阅艿母纳贫粩噙M(jìn)步。伺服技術(shù)的應(yīng)用同樣，當(dāng)更高性能的伺服動力源被應(yīng)用到設(shè)備中時，對設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的要求也在不斷提升。

關(guān)于伺服應(yīng)用中的機(jī)械傳動，以下幾點(diǎn)是我認(rèn)為需要重點(diǎn)考慮的：

慣量

從運(yùn)動學(xué)角度看，慣量決定了物體運(yùn)動獲得加速度（速度變化）所需要的力的大??；而從電氣傳動角度看，慣量值直接決定了電機(jī)輸出扭矩和驅(qū)動系統(tǒng)的頻率響應(yīng)值之間線性比例。如果不能獲得較準(zhǔn)確的慣量值，伺服系統(tǒng)會因?yàn)椴荒茉陬l率和扭矩方面進(jìn)行動態(tài)響應(yīng)，從而影響運(yùn)動系統(tǒng)性能。

速比

當(dāng)伺服電機(jī)都要通過一些傳動機(jī)構(gòu)聯(lián)接到負(fù)載上，這些傳動機(jī)構(gòu)的傳動速比（電機(jī)側(cè)速度/負(fù)載側(cè)速度）稱為減速比。如：減速機(jī)和同步帶的減速比、絲杠的螺距、齒輪的中徑、同步帶輪的直徑等等。

減速比的重要作用，從技術(shù)角度可以增加扭矩輸出，匹配慣量比，使得整定和調(diào)試更加方便；而從設(shè)備性價比角度，可以幫助合理匹配傳動系統(tǒng)，優(yōu)化整體成本。比如，有時將減速機(jī)速比從 1：3 提升到 1：5，在成本保持不變的情況下，所需電機(jī)的扭矩有機(jī)會減小為原來的60%，這可以極大的降低電機(jī)、驅(qū)動以及減速機(jī)（因?yàn)槭褂酶∨ぞ氐臏p速機(jī)）的總體成本。

能效

只要有中間環(huán)節(jié)，就必然會有消耗。我們希望設(shè)備系統(tǒng)的能量，盡可能多的能夠作用到最終運(yùn)動負(fù)載，而盡量少的消耗在中間傳動環(huán)節(jié)。這種對于伺服機(jī)械結(jié)構(gòu)上做的減法，所帶來的正面效應(yīng)是連鎖性的，從對電機(jī)和驅(qū)動功率的需求、到電源、電纜、柜體、線槽、變壓器......等等，是能夠帶動設(shè)備整體系統(tǒng)性的進(jìn)化的。然而，哪里的消耗最大，從哪里減，怎么減，這就需要做對設(shè)備伺服系統(tǒng)不斷做能效分析，同時針對能效較低的環(huán)節(jié)采取一些有效的技術(shù)手段，例如：調(diào)整傳動級數(shù)、更改傳動方式......等等。

剛性

伺服系統(tǒng)的大部分問題，都發(fā)生在驅(qū)動側(cè)（電機(jī)側(cè)）和被驅(qū)動側(cè)（負(fù)載側(cè)）“碰撞”（或者說互相角逐）的瞬間，中間環(huán)節(jié)消耗的不僅僅是動力和能量，也有性能上的損失。盡管從發(fā)展趨勢看，需要對中間機(jī)械傳動環(huán)節(jié)不斷優(yōu)化，但限于當(dāng)前技術(shù)能力水準(zhǔn)等因素，很多時候仍然不得不使用一些中間機(jī)構(gòu)，那么我們就需要盡可能減小傳動機(jī)構(gòu)剛性不佳給設(shè)備伺服系統(tǒng)性能帶來的不良影響。就像我們騎自行車時，總不希望鏈條太松一樣的道理。

電磁兼容性

伺服技術(shù)應(yīng)用本身也是一項(xiàng)復(fù)雜的電力電子系統(tǒng)工程，在這個系統(tǒng)中，包含著大功率的交直交變頻技術(shù)、傳感器以及編碼器技術(shù)、通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及一些電子半導(dǎo)體技術(shù)。當(dāng)這么多復(fù)雜技術(shù)應(yīng)用到一臺龐大的設(shè)備的各個角落的時候，勢必帶來很大的電磁兼容性的風(fēng)險。

很多企業(yè)都為經(jīng)常遇到電磁干擾而導(dǎo)致的非正常故障停機(jī)，以及帶來的巨大損失而頭疼。雖然沒有權(quán)威數(shù)字統(tǒng)計(jì)，但只要把設(shè)備每分鐘的產(chǎn)量和每次處理干擾故障的時間拿出來，就不難看到我們可以繼續(xù)提高效益的巨大空間。

碰到電磁干擾是件很頭疼的事情，因?yàn)檫@時我們的設(shè)備就像被詛咒了一樣。在制造業(yè)，我們有多少人沒有因?yàn)闉楦蓴_問題困擾過呢？這其實(shí)很大程度上是因?yàn)?，?span>工業(yè)領(lǐng)域缺少高頻電磁兼容性的專業(yè)知識和人員。

要知道，掌握電磁兼容性專業(yè)能力的人群在電子通訊領(lǐng)域，他們正用這些專業(yè)能力為我們今天的信息社會創(chuàng)造著巨大價值。有趣的是，我們視之為干擾的東東，在他們看來是信號；所以，重要的是，我們需要去向他們?nèi)W(xué)習(xí)，如何管理這些高頻電磁波的傳播。

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