伺服电机噪音及不稳定分析报告（伺服电机噪音及不稳定分析方法）

用户在某些机械上使用伺服电机时，经常会出现噪声过大、电机驱动的负载运行不稳定等现象。出现这个问题时，很多用户的第一反应就是伺服电机质量差，因为有时采用步进电机或者变频电机来驱动负载，但噪音和不稳定度要小很多。从表面上看，似乎确实是伺服电机的原因，但当我们仔细分析伺服电机的工作原理后，就会发现这个结论是完全错误的。

伺服系统包括：伺服驱动器、伺服电机和反馈传感器（一般伺服电机自带光电编码器）。所有这些部件都运行在一个控制闭环系统中：驱动器从外部接收参数信息，然后向步进伺服电机输送一定的电流，由电机将电流转化为扭矩来驱动负载。负载根据其自身特性移动或加速或减速。传感器测量负载的位置，让驱动装置将设定信息值与实际位置值进行比较，然后改变电机电流，使实际位置值与设定信息值保持一致。当负载突然变化导致速度变化时，编码器学习到这种速度变化会立即反映到伺服驱动器，驱动器会改变提供给伺服电机的电流值以满足负载变化并返回到设定速度。

伺服系统是一个全闭环系统，具有非常高的响应。负载波动和速度修正之间的时滞响应非常快。此时，真正限制系统响应效果的是机械连接装置的传输时间。

例子

机器采用伺服电机通过三角带驱动恒速、大惯性的负载。整个系统需要获得恒速和较快的响应特性，分析其动作过程：

当驱动器向电机发送电流时，电机立即产生扭矩；刚开始时，由于V形带的弹性，负载不会像步进电机加速得那么快；伺服电机会比负载更早达到设定速度，因此安装在电机上的编码器会减弱电流，从而减弱扭矩；随着三角带张力继续增加，电机将减速，此时驱动器将增加电流，循环再次开始。

在此示例中，系统是振荡的，电机扭矩随着负载速度而波动。结果当然是噪音、磨损和不稳定。然而，这不是伺服电机造成的。这种噪音和不稳定来自于机械传动装置。这是由于伺服系统反应速度（高）与机械传动或反应时间（较长）不匹配造成的。即伺服电机的响应速度快于系统调整到新扭矩所需的时间。

找到问题的根本原因并解决上述示例问题后，您可以：

1、增加机械刚性并降低系统惯量，减少机械传动部分的响应时间，如用螺杆直接传动代替三角带或用齿轮箱代替三角带。

2、降低伺服系统的响应速度，降低伺服系统的控制带宽，如降低伺服系统的增益参数值。

以上只是噪声不稳定的原因之一。由于不同的原因，会有不同的解决方案。例如，对于机械共振引起的噪声，可以在伺服中采用共振抑制、低通滤波等方法。总之，噪音和不稳定的原因基本上不是伺服电机本身造成的。

审稿编辑：唐子红