为机器设计选择伺服电机系统，首先要了解构成伺服电机或伺服驱动系统的组件。伺服系统是闭环系统，用于控制某些所需的运动，它们包括一个反馈装置，可在电机和驱动器之间提供恒定信息，以精确控制被驱动机构的位置、速度和转矩。

　　通常，伺服设计是高动态系统，涉及带动负载快速的加速和减速。它们在四个象限中运行，这意味着它们可以控制转矩和速度，无论是正还是负。

　　伺服驱动的选型需要一个系统性的解决方案。换言之，是一个需要考虑整体机械，电气和编程参数的整体方法。该系统包括确定机械负载、运动曲线（包括定位要求），伺服电机特性，以及电机和其他组件所处环境；特别是当电机以接近恒定的速度运行时，对成品、物料和/或加工过程自身所产生影响。

　　机械负载和运动曲线参数

　　让我们从理解机械负载和运动要求的含义开始。基础牛顿物理学断言：力（或旋转方向的转矩）与质量（旋转惯性）乘以加速度成正比，无论加速度是正还是负。在运动设计的背景下，机器构造具有其自身的质量和所承载负载的质量。

　　因此，确定机械部件很重要——特别是运动质量和所需的运动曲线。将旋转运动转化为直线运动的办法千差万别，并受精度、负载、运动动力学和环境等因素影响。

　　一旦了解了所使用的机制，理解运动动力学对确定最佳伺服电机解决方案来说非常重要。运动曲线不仅包括从一点到另外一点的运动，而且还包括在这一运动中可能运用的功能，比如与部件加工相关的推力。加速，匀速和减速，以及停留和暂停时间，都包括在系统的整体运动曲线中。分度移动可能是简单的三角运动，可变梯形或1/3-1/3-1/3（与RMS转矩相关的最高效运动）。

图1 伺服系统选型和选择工具

　　很多厂商提供选型和选择工具，以帮助用户根据应用的运动要求构建运动配置文件。大部分软件工具，比如科尔摩根的Motioneering平台提供多种运动描述方式，可以协助您计算加速度、运动时间、距离、速度和停留时间。图1显示了基本的1/3-1/3-1/3曲线，引入了50%的加加速度以平滑加速度。在本例中，我们选择在1秒中移动8英寸，并使用50%的加加速度和2秒的停留时间。系统根据加速时间的1/3，匀速的1/3，以及减速度的1/3来计算运动。使用工具计算出的最大速度为720in/min。可以看到“S”曲线轮廓（基于50%的加速度）。此外，对于该运动，可以看到在运动横向部分应用了推力负载（红线）——这种运动曲线可能是正在进行加工。停留时间也可以看到为3秒。停留部分非常重要，因为所有与该曲线相关的参数将被用来计算RMS转矩，它将是我们用来选择正确电机的一个度量。除了运动曲线外，理解负载在分辨率、精度和重复性的实际定位要求也很重要。这将受到反馈装置选择和（更显著地）以间隙和柔量形式的机械配件空动量的直接影响。

　　除非设计可以使用直驱动电机解决方案，否则它将包括某些类型的机械传动。旋转变线性的动力传动（将旋转电机输出转换成轴行程）可通过皮带轮驱动，或基于螺杆的机构完成，比如滚珠丝杠。旋转传动包括齿轮箱或皮带驱动组件，以便使用各种尺寸的滑轮作为减速器。在某些应用中，被移动的部件对总运动质量具有显著贡献。一种特殊情况就是机器轴必须移动变化的质量——比如在机器人系统的分配或加工过程中。其中总负载变化可能是调整伺服驱动的一个因素。

　　运动中的组件必须将其惯量求和并反射回电机轴，除惯量外，还必须考虑外力、摩擦和低效率问题。

　　伺服设计的环境考虑因素

　　这还没有结束。在确定伺服设计时，只有某些可用的机构才能经济高效地提供所需的运动、承载能力和精度。经常被忽视的一个考虑就是伺服系统运行所在的环境。大多数伺服电机的额定工作温度为40℃——这是一个非常温暖的环境，但在许多工厂和工业环境中都是典型的。

　　驱动电子器件的耐热性不是很高，并且由于它们的额定环境温度也是40℃，因此管理它们运行处的环境温度成为一个挑战。通常，需要在控制柜内采用强制冷却方法，以保持适当的环境条件（温度和湿度）。因此，必须考虑电机和驱动器所在的位置。当然，可以将电机直接安装或集成到设备上，以驱动承载负荷的机制。相比之下，集中式方案中的驱动器位于控制柜内——它通常需要获得冷却。

　　制造商根据电机运行的环境条件来定义部分电机性能。如上所述，许多设计人员假定电机的额定环境温度为40℃，但是偶尔提供的电机规格是25℃。因此，在审查规格时要注意了解所公布的额定参考值。如果机器运行的环境温度超过额定环境温度，电机将无法达到额定功率。

　　其他环境条件可能会影响到电机油漆和密封件以及其他机械子组件。灰尘，污垢，潮湿，喷雾冲洗，卫生要求，爆炸性环境，真空环境以及辐射都需要特殊的伺服电机，具有针对当前恶劣环境量身定制的物理特性。