帶位置測量的直流電機稱為伺服電機。直流伺服電機的典型特點是操作平穩(wěn)、無振動，速度范圍廣，低速時轉(zhuǎn)矩大。為了以最佳方式利用這些特性，帶比例-積分-微分控制(PID)以及合適濾波器的電機控制器必不可少。伺服電機的優(yōu)點不勝枚舉：動態(tài)性好、快速尋址、低速時轉(zhuǎn)矩大、發(fā)熱少、振動小。

　　直流伺服電機需要高達(dá)12V的直流工作電壓。電機的旋轉(zhuǎn)速度與電壓成正比;前綴決定方向。可重復(fù)定位需要一個額外的測量系統(tǒng)。

　　PI可提供帶高效ActiveDrive直流伺服電機、步進(jìn)電機或直流齒輪電機的LS-110直線工作臺。

　　無刷直流電機

　　PI正越來越多地使用電子換向無刷直流電機，優(yōu)化的空心軸或轉(zhuǎn)矩電機可實現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)矩。同時，由于驅(qū)動軸位于電機內(nèi)部，對于相同的行程范圍，驅(qū)動機構(gòu)可以做得更短。

　　ActiveDrive直流電機

　　作為直流電機變體的帶集成式Active Drive放大器的M-406精密線性平臺

　　直流電機驅(qū)動器的優(yōu)點多多，包括較大控制范圍內(nèi)動態(tài)性能良好、低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩高、散熱少以及高位置分辨率時振動小。然而，高性能線性放大器的成本通常比步進(jìn)電機高。通過在電機殼中集成PWM(脈沖寬度調(diào)制)伺服放大器，ActiveDrive系統(tǒng)可顯著降低成本。標(biāo)準(zhǔn)配置中的單獨電源為ActiveDrive電機提供24V的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓。ActiveDrive理念有如下幾個優(yōu)點：

　　消除放大器和電機之間的功率損耗后，效率更高

　　由于無需外部驅(qū)動器和布線，成本降低、系統(tǒng)更緊湊、可靠性更高

　　在單個屏蔽罩中將放大器和電機安裝在一起可消除噪聲輻射

　　步進(jìn)電機驅(qū)動器

　　不同于直流電機，步進(jìn)電機在每一轉(zhuǎn)中僅占據(jù)離散位置。由于這些步進(jìn)的距離恒定，利用步數(shù)就可控制位置，而無需位置傳感器。通常情況下，每一轉(zhuǎn)中有200至1000整步。實際實現(xiàn)的步長由步進(jìn)電機控制裝置決定，根據(jù)不同的版本，控制裝置可在整步間電子插入多達(dá)幾十萬微步。PI使用的是運行穩(wěn)定的兩相步進(jìn)電機。步進(jìn)電機的使用壽命長，且與直流電機相比，其十分適用于動態(tài)性低或真空中的應(yīng)用。電機軸上的機械阻尼器，也可用作手輪，可確保運行的平穩(wěn)性。為了保持某一位置，不帶自鎖減速齒輪的步進(jìn)電機需要持續(xù)通電，這可能在步進(jìn)之間造成位置抖動，產(chǎn)生熱量。

　　受控步進(jìn)電機平臺

　　系統(tǒng)控制器(SMC)步進(jìn)電機控制裝置的控制技術(shù)確保電機能十分平穩(wěn)地運行，從而帶來極高的位置分辨率、平穩(wěn)的進(jìn)給以及速度和加速度較大的動態(tài)范圍。系統(tǒng)管理控制器效率很高，可避免電機發(fā)熱。系統(tǒng)管理控制器是基于帶高分辨率放大器的32位處理器，放大器的位置分辨率可低至納米范圍。通過與精密機械系統(tǒng)結(jié)合，可實現(xiàn)小于1μm/s的勻速進(jìn)給。正弦2曲線圖，而不是線性加速度分布圖，可被選用來實現(xiàn)平穩(wěn)的加速期和減速期。若需長期穩(wěn)定定位，系統(tǒng)控制器步進(jìn)電機控制器可評估位置測量系統(tǒng)，并實現(xiàn)精確控制。對模擬量1V峰間值的處理可實現(xiàn)對位置十分精確且無限的設(shè)置，并不受比特控制的數(shù)字轉(zhuǎn)換的限制。 從單通道緊湊裝置到19"外殼中的多軸控制裝置，系統(tǒng)管理控制器有多個不同版本。

　　100nm步進(jìn)

　　25nm步進(jìn)

　　圖1展示的是配備不帶額外位置反饋的兩相步進(jìn)電機的PLS-85線性平臺的100nm步進(jìn)。平臺執(zhí)行這些步進(jìn)的精度很高?？刂?5nm步進(jìn)時(見圖2)，各步的差異更大。平均來說，偏差僅為±5nm。

　　位置控制

　　圖3：LS-110使用兩相步進(jìn)電機，傳感器信號峰-峰值為1V，步進(jìn)量50納米

　　通過利用位置控制，小步的位置行為可進(jìn)一步改善，尤其是在高分辨率傳感器的模擬輸出信號被用于處理時。系統(tǒng)管理控制器可處理低至2nm的傳感器分辨率，位置分辨率此時僅取決于傳感器。然而，環(huán)境影響不容忽視：環(huán)境溫度僅0.01°C的變化就足以造成平臺約10nm的熱致膨脹。必要時，可使用超精密平臺或?qū)ｉT開發(fā)的平臺，如帶花崗巖基座及相應(yīng)高分辨率線性編碼器的平臺。圖3展示了測量到的配備線性編碼器的LS-110平臺的最小增量運動。通過精確分離的各步，可清晰看到50nm的分辨率。負(fù)載的平穩(wěn)變化不會影響該精度。

　　速度控制

　　圖4：帶受控兩相步進(jìn)電機的PLS-85，速度 100nm/s

　　速度，通常指的是最大可實現(xiàn)的速度，是選擇定位系統(tǒng)的一個決定性參數(shù)，但有些應(yīng)用中卻要求十分緩慢且平穩(wěn)的進(jìn)給運動。這對于步進(jìn)電機和直流電機都是一大挑戰(zhàn)。系統(tǒng)管理控制器的速度控制可保證平臺速度在<< 1 μm/s的范圍內(nèi)達(dá)到完美的穩(wěn)定性。圖4列出了配備分辨率為10nm的集成式線性編碼器的PLS-85平臺的測量結(jié)果。速度設(shè)為100nm/s，相當(dāng)于360μm/h或大約10mm/d的進(jìn)給。運動非常平穩(wěn)。由于干涉儀的分辨率為5nm，每一步都在此單獨列出。

　　無校正

　　有校正

　　導(dǎo)向裝置和驅(qū)動裝置的質(zhì)量通常會對可實現(xiàn)的定位精度有所限制，例如，主軸間距的非線性將導(dǎo)致被控制位置的偏差。有些應(yīng)用中，改善絕對定位精度十分重要，而雙向可重復(fù)性則無關(guān)緊要。系統(tǒng)管理控制器中的錯誤校正保存測量到的偏差，然后相應(yīng)地校正目標(biāo)位置。圖5展示的是LS-180在100nm的行程范圍內(nèi)目標(biāo)位置與實際位置之間32μm的位置偏差。測量包括運動的兩個方向;平均雙向可重復(fù)性為1.78μm。從圖6中可看到結(jié)果：偏差顯著減小，僅約為±1.5μm?？芍貜?fù)性可通過利用位置控制進(jìn)行進(jìn)一步改善。