伺服基础课 第4讲｜选型流程与裕量：从工况到电机匹配的系统方法

明扬工控商城 · 伺服基础系列 本讲带你掌握现场最常用的伺服选型流程：工况→运动曲线→转矩计算→电机/驱动器/减速机→再生/制动→工程裕量。最后附常用 伺服选型表模板字段，可直接用于项目。

一、第一步：工况定义（所有选型的起点）

80% 的选型问题，本质上都因为工况定义不清楚。必须先回答以下 5 个问题：

• 运动方式：往复？回转？连续？间歇？点位？速度？力矩控制？
• 负载类型：皮带？丝杆？齿轮？凸轮？转盘？惯量？摩擦？背隙？
• 关键要求：定位精度？重复精度？速度？节拍？平稳度？
• 负载数据：质量、半径、力、加速度、行程、转动惯量
• 环境：连续运行 / 间歇？温升？振动？安装姿态？

二、第二步：画出运动曲线（速度/加速度/位移）

伺服选型必须先建立一个目标运动曲线。最常见的三种：

1. 梯形速度曲线（Trapezoid）

• 加速—恒速—减速（最常用）

2. S 曲线（平滑加减速）

• 减少机械冲击、提升定位稳定度

3. 停-走-停（Pick & Place）

• 重复点位、多段运动、节拍短

关键参数：

• 最大速度 Vmax
• 加速度 a / 减速度 d
• 单次行程 / 角度
• 节拍时间（Cycle Time）

三、第三步：转矩计算（峰值转矩 TP、连续转矩 TR）

1. 加速转矩（峰值转矩 TP）

Tp = J_total × a

其中J_total = J_load/减速比² + J_motor这是最关键的一步：惯量不匹配 = 抖动 / 过冲 / 噪声 / 跟随误差。

2. 恒速转矩（连续转矩 TR）

Tr = F × r / η    或    Tr = 负载扭矩 + 摩擦扭矩

3. 再加上：摩擦、背隙、重力补偿

• 垂直轴额外增加重力负载：Tg = m × g × r
• 负载爆发性变化（包装机/送料）需测量峰值

四、第四步：选择电机 / 驱动器 / 减速机（匹配）

1. 电机选型

伺服电机规格书中最关键 3 个参数：

• 连续转矩 Tc（需要 ≥ TR）
• 最大转矩 Tm（需要 ≥ TP）
• 额定转速 / 最大转速（足够覆盖 Vmax）

2. 驱动器选型

• 匹配电机编码器型号：绝对值/增量/分辨率/协议
• 额定电流 / 峰值电流
• 控制模式：脉冲 / EtherCAT / CANopen / Modbus
• 扩展功能：安全 STO、内部位置表、电子凸轮

3. 减速机选型（极其关键）

• 减速比 i → 决定输出扭矩与惯量匹配
• 回程间隙 → 精度的核心指标（3–10 arcmin）
• 效率 η → 影响连续负载与发热

五、第五步：再生能量与制动电阻

任何出现快速减速、急停、垂直负载下放的系统，必须评估再生能量：

出现这些情况要重点评估：

• 频繁启停
• 升降轴下放
• 大惯量+高速运动
• 短减速时间（<100 ms）

制动电阻配置原则：

• 驱动器是否内置制动单元？（很多小功率没有）
• 电阻功率、阻值是否符合说明书？
• 安装位置散热、安全距离

再生能量估算（概念式）

E = 1/2 × J_total × (ω²_初 - ω²_末)

六、第六步：选型留裕量（工程经验 20–50%）

理论计算永远不等于现场工况，因此必须预留工程裕量：

推荐裕量：

• 连续转矩 TR × 1.2～1.5
• 峰值转矩 TP × 1.2
• 驱动器电流裕量 ≥ 20–30%
• 减速机额定扭矩 ≥ 1.5 倍负载扭矩

七、附：伺服选型表（可直接用于项目）

八、总结

伺服选型不是“看功率”，而是一个完整的工程过程：

1. 明确工况 →
2. 画运动曲线 →
3. 算峰值转矩与连续转矩 →
4. 选择电机/驱动器/减速机 →
5. 评估再生能量 →
6. 加 20–50% 工程裕量

下一讲预告：伺服基础课 第5讲｜电子齿轮、电子凸轮：让伺服按轨迹“跑起来”

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