How Servo Motors Work
标题：一文了解 Servo Motors 的工作原理
Jameco Electronics
Servo motors 已经存在很长时间，并在许多应用中使用。它们体积小，但功能强大，而且非常节能。想要了解更多关于这些电子元件的电子爱好者可能会想知道什么是 Servo motor。Servo motors 是一种特殊的电机，具有反馈机制，可以精确控制角度或线性位置、速度和加速度。它们用于操作遥控或无线电控制的玩具车、robots 和飞机。这些电机也用于工业应用、机器人技术、在线制造、制药和食品服务。但是 Servo motor 是如何工作的呢？Servo 电路内置在电机单元内部，并具有一个可定位的轴，通常装有齿轮（如下图所示）。电机由电信号控制，该信号决定了轴的移动量。
Servo Motor 内部结构
你必须深入了解内部结构，才能完全理解什么是 Servo motor 以及它是如何工作的。内部有一个非常简单的设置：一个小的 DC motor、potentiometer 和一个控制电路。齿轮将电机连接到控制轮。当电机旋转时，potentiometer 的电阻会发生变化，因此控制电路可以精确地调节移动的量以及方向。当电机轴处于所需位置时，停止向电机供电。否则，电机将朝正确的方向转动。所需的位置通过 signal wire 以电脉冲的形式发送。电机的速度与实际位置和所需位置之间的差异成正比。因此，如果电机接近所需位置，它将缓慢转动。否则，它将快速转动。这称为比例控制。这意味着电机只会尽可能努力地完成手头的任务，这真是个非常高效的小家伙。这解释了什么是 Servo motor 以及其运行背后的力学原理。
Servo Motor 控制
通过控制线发送可变宽度的电脉冲或 pulse width modulation (PWM) 来控制 Servo。存在最小脉冲、最大脉冲和重复率。Servo motor 通常只能在任一方向旋转 90°，总共移动 180°。电机的空档位置定义为 Servo 在顺时针或逆时针方向上具有相同潜在旋转量的位置。为了更好地理解什么是 Servo motor，发送到电机的 PWM 决定了轴的位置，并且基于通过控制线发送的脉冲的持续时间，转子将转动到所需的位置。Servo motor 希望每 20 毫秒 (ms) 看到一个脉冲，并且脉冲的长度决定了电机的旋转程度。如果你仍然想知道 Servo motor 是如何工作的，这里有一个例子——1.5 毫秒的脉冲将使电机转到 90° 位置。短于 1.5 毫秒会使其在逆时针方向上朝着 0° 位置移动，而任何长于 1.5 毫秒的脉冲都会使 Servo 在顺时针方向上朝着 180° 位置转动。
当这些 Servos 被命令移动时，它们将移动到该位置并保持该位置。如果在 Servo 保持位置时有外力推压 Servo，则 Servo 将抵抗移出该位置。Servo 可以施加的最大力称为 Servo 的扭矩额定值。但是，Servos 不会永远保持其位置；必须重复位置脉冲以指示 Servo 保持在该位置。在为你的应用选择合适的类型之前，了解 Servo motor 的技术方面及其工作原理至关重要。
Servo Motor 的类型
Servo motors 有各种类型、形状和尺寸。Joseph Farcot 在 1859 年首次使用术语“Servo”，当时他使用蒸汽来控制船上的方向舵。Servo 有三个部分：电机和反馈设备，以及控制电子设备。Servo motor 是这三个部分之一。如果你需要反馈，可以使用 potentiometer、霍尔效应设备、转速计、分解器、编码器、线性传感器或任何其他适合你需求的传感器。Servo 系统的最后一部分是为电机供电的控制电子设备，并且将反馈数据和命令参考进行比较，以确保 Servo motor 正常工作。这引入了构成 Servo motor 的概念。但是，Servo motor 是如何工作的呢？至关重要的是要理解，这些电机有两种类型：AC 和 DC。AC Servos 可以处理更多的电流浪涌，通常用于工业机器，因此更有可能在那里找到它们。DC Servos 不是为承受大量功率浪涌而构建的，通常更适合较小的应用。一般来说，DC motors 比 AC motors 便宜。其中一些已经为连续旋转而构建，从而可以轻松地让你的 robot 移动。它们的输出轴上有两个滚珠轴承，以减少摩擦，并使其更容易到达改变静止点的 potentiometer。
Servo Motor 的应用
为了充分理解什么是 Servo motor，了解其应用也很重要。Servos 用于无线电控制飞机，以定位诸如升降舵、方向舵、步行 robots 或夹具之类的控制面。它们体积小，具有内置控制电路，并且具有良好的功率（相对于其尺寸而言）。在食品服务和制药领域，这些工具被设计用于更恶劣的环境中，由于在高压和高温下反复清洗以维持严格的卫生标准，因此存在很高的腐蚀风险。Servos 也用于在线制造，其中需要高重复性但精确的工作。当然，你不必知道 Servo 是如何工作的才能使用它，但与大多数电子产品一样，你越了解什么是 Servo motor，就越多的门会为你打开，从而可以扩展项目和项目的能力。无论你是建造 robots 的业余爱好者、设计工业系统的工程师还是始终充满好奇心，Servo motors 将带你走向何方？想了解更多关于电子元件的信息吗？请浏览 Jameco Electronics。