我应该将伺服系统从有刷电机切换到无刷电机吗？

我有一个在伺服系统中使用有刷电机的机器人。这些是具有131：1行星齿轮箱的Maxon 3W电动机。电机由运行1kHz PID控制器的PIC微控制器控制。伺服系统适用于低速高扭矩应用。传感器和电机之间存在很大的间隙。

Maxon提供相同尺寸的12W无刷电机。这些在许多方面都更好：扭矩增加了一倍，散热更好，效率更高。

显然，问题在于它们需要更复杂的驱动电子设备。另外，我听过很多人提到有刷电机更适合伺服应用，尽管他们从未解释原因。

• 还有其他人实现过这种系统吗？
• 将有刷电机用于伺服系统时是否有陷阱？
• 如果我只有3个集成数字霍尔传感器而没有编码器，是否可以低速伺服它？（由于金钱和空间成本，我宁愿不添加编码器）
• 它的转矩波动可能是一个问题吗？

有刷电机对于伺服系统更容易，但并非更好。许多高端伺服系统是无刷/交流电的。

仅使用3个霍尔传感器就可以以低速控制电动机。您确实不希望梯形换向，尤其是在低速时，因此可以添加编码器或在必要时估计转子位置。

可以仅使用霍尔/电流传感器来估算转子位置，但是如果存在很多外部干扰，它将无法很好地工作。

扭矩波动不太可能成为问题，当然这取决于您的应用。更高级的换向方法（正弦或磁通矢量）基本上消除了转矩波动。

您说您的应用程序速度很慢，但是您也使用了131：1变速箱。电机通常看到什么转速？如果电动机以其额定RPM的30％+运行，这并不是真正的低速应用。经过大幅降低后，即使霍尔传感器也具有很高的分辨率，因此您可能并不需要马达本身的低速性能。

恕我直言，鉴于您当前的系统在传感器和电机之间存在很大的反冲力，即使在霍尔/梯形换向的情况下，我也无法想象无刷系统会变得更糟。

在工业上，与维护保养相对较高的有刷电动机相比，维护保养低廉的无刷电动机具有强烈的优势。尽管就电动机本身和驱动电子设备而言，前者可能更贵，但长期维护成本的减少通常会抵消额外的资本成本。

正如user65所建议的那样，您可能需要进行正弦换向以避免低速时的转矩波动，具体取决于系统的设计方式和速度控制的精确程度。

一篇针对...的换向方法的比较研究有一些有趣的信息换向方法，可能有用。

但最终，我认为避免使用编码器是一种错误的经济做法。

与大厅不同，它们具有明显的优势，即它们不受电动机旋转的约束 -即，它们不必沿着电动机轴旋转。您可以将它们放置在齿轮箱的负载侧，这将使您能够量化齿轮箱中齿隙的精确影响。

这样一来，您就可以在软件中执行反向间隙补偿，运行双伺服回路（一个用于进行反向间隙补偿的位置跟踪，另一个用于更快速的速度控制），并且通常在高速和低速情况下对系统进行更精确的控制。