伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

伺服电机的作用是将输入的电压信号（即控制电压）转换成轴上的角位移或角速度输出，在自动控制系统中常作为执行元件，所以伺服电动机又称为执行电动机，其最大特点是：有控制电压时转子立即旋转，无控制电压时转子立即停转。转轴转向和转速是由控制电压的方向和大小决定的。伺服电动机分为交流和直流两大类。

交流伺服电机主要由定子和转子构成。

定子铁心通常用硅钢片叠压而成。定子铁心表面的槽内嵌有两相绕组，其中一相绕组是励磁绕组，另一相绕组是控制绕组，两相绕组在空间位置上互差90°电角度。

交流伺服电机在没有控制电压时，气隙中只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子上没有启动转矩而静止不动。当有控制电压且控制绕组电流和励磁绕组电流不同相时，则在气隙中产生一个旋转磁场并产生电磁转矩，使转子沿旋转磁场的方向旋转。但是对伺服电动机要求不仅是在控制电压作用下就能启动，且电压消失后电动机应能立即停转。如果伺服电动机控制电压消失后像一般单相异步电动机那样继续转动，则出现失控现象，我们把这种因失控而自行旋转的现象称为自转。 

为消除交流伺服电机的自转现象，必须加大转子电阻r2，这是因为当控制电压消失后，伺服电机处于单相运行状态，若转子电阻很大，使临界转差率sm>1，这时正负序旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性曲线以及合成转矩特性曲线如图所示。由图中可看出，合成转矩的方向与电机旋转方向相反，是一个制动转矩，这就保证了当控制电压消失后转子仍转动时，电动机将被迅速制动而停下。转子电阻加大后，不仅可以消除自转，还具有扩大调速范围、改善调节特性、提高反应速度等优点。 

可采用下列三种方法来控制伺服电机的转速高低及旋转方向。

• 幅值控制  

保持控制电压与励磁电压间的相位差不变，仅改变控制电压的幅值。

• 相位控制  

保持控制电压的幅值不变，仅改变控制电压与励磁电压间的相位差。

• 幅-相控制 

同时改变控制电压的幅值和相位。        

传统的直流伺服电机动实质是容量较小的普通直流电机，有他励式和永磁式两种，其结构与普通直流电动机的结构基本相同。

杯形电枢直流伺服电机的转子由非磁性材料制成空心杯形圆筒，转子较轻而使转动惯量小，响应快速。转子在由软磁材料制成的内、外定子之间旋转，气隙较大。

无刷直流伺服电机用电子换向装置代替了传统的电刷和换向器，使之工作更可靠。它的定子铁心结构与普通直流电动机基本相同，其上嵌有多相绕组，转子用永磁材料制成。

传统直流伺服电机的基本工作原理与普通直流电动机完全相同，依靠电枢电流与气隙磁通的作用产生电磁转矩，使伺服电动机转动。通常采用电枢控制方式，即在保持励磁电压不变的条件下，通过改变电枢电压来调节转速。电枢电压越小，则转速越低；电枢电压为零时，电动机停转。由于电枢电压为零时电枢电流也为零，电动机不产生电磁转矩，不会出现“自转”。

• 直流伺服电机的缺点：

电刷和换向器易磨损，换向时产生火花，限制转速

结构复杂，制造困难，成本高

• 交流伺服电机的优点：

结构简单，成本低廉，转子惯量较直流电机小

交流电动机的容量大于直流电机

1、位移精度高

位移精度：指指令脉冲要求机床工作台的位移量和该指令脉  

冲经伺服系统转化为工作台的实际位移量之间的符合程度。

2、稳定性好

稳定性：指伺服系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂

的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。

3、定位精度高

定位精度：是指输出量能复现输入量的精确程度。

4、快速响应性好

5、调速范围宽

调速范围：是指机械装置要求电动机能提供的最高转速和最低转速的比值。

6、系统可靠性好

7、低速大转矩

• 开环伺服系统

开环伺服系统即无位置反馈的系统，其驱动元件主要是功率步进电机或液压脉冲马达。这两种驱动元件的工作原理的实质是数字脉冲到角度位移的变换，它不用位置检测元件实现定位，而是靠驱动装置本身，转过的角度正比与指令脉冲的个数；运动速度由进给脉冲的频率决定。

开环伺服系统的结构简单，易于控制，但精度差，低速不平稳，告诉扭矩小。一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床上。

• 闭环伺服系统

闭环伺服系统是误差控制随动随动系统。数控机床进给系统的误差，是CNC输出的位置指令和机床工作台（或刀架）实际位置的差值。闭环系统运动执行元件不能反映运动的位置，因此需要有位置检测装置。该装置测出实际位移量或者实际所处的位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比较，求得误差，依次构成闭环位置控制。

由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所以系统传动链的误差，环内各元件的误差以及运动中造成的误差都可以得到补偿，从而大大提高了跟随精度和定位精度。

• 半闭环伺服系统

位置检测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上，而是中间经过机械传动部件的位置转换，称为间接测量。亦即坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，在环外的传动误差没有得到系统的补偿，因而这种伺服系统的精度低于闭环系统。

半闭环和闭环系统的控制结构是一致的，不同点只是闭环系统环内包括较多的机械传动部件，传动误差均可被补偿。理论上精度可以达到很高。但由于受机械变形、温度变化、振动以及其它因素的影响，系统稳定性难以调整。此外，机床运行一段时间后，由于机械传动部件的磨损、变形以及其它因素的改变，容易使系统稳定性改变，精度发生变化。因此，目前使用半闭环系统较多。只在具备传动部件紧密度高、性能稳定、使用过程温差变化不大的高精度数控机床上使用全闭环伺服系统。