伺服电机控制技术的发展应用赵亮华

伺服电机控制技术的发展应用赵亮华

赵亮华

（中国船舶重工集团公司第七一〇研究所湖北宜昌443000）

摘要：在现代社会，电机控制理论的发展已经越来越完善，随着这种理论的发展，伺服电机的控制技术，也渐渐的成为了这一种理论的核心部分，并且随着时代的发展，进入了数字化的方向和智能化的方向。在最近几年以来，电力电子器件控制和驱动等等已经在伺服系统的统一之下融为了一体，另外保护工作也加入了这个体系当中。除了这个体系之外，数字脉宽调制技术的发展，以及特种电机材料技术的进步，还有便是微电子技术和现代控制技术的优化创新，都让伺服系统从直流进步到了交流的发展。

关键词：伺服电机；低频特性；速度影响；控制精度；过载能力；矩频特性

一、伺服电机控制系统

1.伺服控制系统的开环伺服

所谓开环伺服，就是在系统当中不进行检测反馈装置的设置，没有运动反馈控制的回路这样的一种伺服系统。在这个系统当中，脉冲工作指令由电机安装装置来发出在运动误差方面，没有检验反馈的过程，也没有处理修正的过程，这套系统的精度完全由近步电动机的步距角精度来决定，并且辅以机械部分的传动精度，所以精度要求比较低，而且很难在精度上有更高进一步的要求发展。这种电机的转速不会很高，运动部件也只是拥有有限的速度。但是结构简单，可靠性高，成本低，就成了这种电路的优点，而且它的控制电路原理也非常简单，所以对于经济型设备而言，这种系统是非常合适的，可以符合经济型设备的要求。

2.伺服控制系统中的半闭环伺服

所谓半闭环伺服系统，便是将脉冲编码器内置而装在电机内部的，没有刷旋转变压器的位置，测速发电机的位置也没有，只是有速度检测器件来构成一种半闭环位置系统。这种系统的反馈信号来自于电机轴上，或者是来自于丝杆上，在给进系统中的机械转动装置位置在反馈回路之外，非线性因素对系统稳定性的影响被大大降低，到了几乎没有的程度，在安装方面比较方便，在调试方面也比较方便。这种装置的定位精度和传动装置的精度有关，在传动装置精度不高的情况出现时，也就能够利用补偿功能，以得到满足。正是因为这种系统的这个特性，所以在很多的数控机床当中都有所应用。

3.伺服控制系统中的全闭环伺服

有比较环节和进给伺服电机配合上次附驱动放大器古为主组成的系统就称之为闭环伺服系统，这种系统还有机械传动装置的配合，以及直线位移测量装置的构成而构成、这是一种具有修正检测和反馈功能的运动部件，对于机床的部件运动量是有着明显的改善的。这种系统能够直接安装在工作台的光栅上，或者也可以直接安在工作台的感应同步器上，对位置进行检测也就提高了精度的控制，这样也就形成了一个环闭环位置控制系统。这个系统的精度是取决于检测装置的精度和灵敏，所以也就导致了闭环，给进伺服系统的安装和调试是很复杂的，很多的非线性因素对系统也有影响，适合于一些高端的设备。

二、控制性能优越的伺服电机

1.伺服电机拥有良好的低频特性

在低速运转的时候，进步电机就会出现震动现象，这种现象在交流伺服电机当中就不会出现。交流伺服电机的运转是非常平稳的，而且在系统当中还有对于共振的抑制功能，，并且系统内部也有频率解析的技能，可以检测出共振点处于什么频率上，这样也就让系统的调整更加方便了。

2.伺服电机拥有较快的响应速度

从静止加速到达到额定转速，静置电机需要一定的时间，这个时间大约是200毫秒到400毫秒之间。但是交流伺服系统的速度响应就相对快很多了，很多交流伺服电机，完成从静止加速到额定旋转的时间仅仅只有几毫秒，反应速度明显要比，静置电机快很多。

3.伺服电机拥有较高的控制精度

旋转编码器可以保证伺服电机的精度控制，这种安装于电机轴后端的编码器对于伺服电机的精度是有所保证的，比如说全数字式伺服电机的脉冲当量达到了一定程度的时候，它的脉冲当量就是步距角为1.8度的进步电机的脉冲当量的1/655，仅仅只有9.89秒。

4.伺服电机拥有较强的过载能力

传统的电机是不具备有过载能力的，尤其是进步电机，在对电机进行选择的时候，往往为了克服惯性力距的出现，而要选择比负载转距要大很多的电机从而对额定转距有了一种浪费的现象。交流伺服电机则是拥有较强的过载能力，这样就能够对惯性负载在启动瞬间的惯性力去作出反应，这样也就能够克服了惯性力矩，有些伺服电机的最大转距，可以达到额定转矩的三倍左右，在一般的情况下，完全能够应付惯性力距，这样也就等于杜绝了力矩浪费现象。

5.伺服电机拥有较好的矩频特性，

绿驹随转速升高而下降，是进步电机的输出力矩特点，在转速较高的时候转去会急速的下降，这也就限制了它的最高工作转速为300rpm-600rpm之间。相比于进步电机的这种特性，交流伺服电机的输出力矩更为恒定，也就是在，转速一定的情况下，输出转动力距就是额定的转动力矩。

三、对未来伺服电机控制的展望

加工技术的高速和高精化，这是之后伺服电机控制系统的发展方向。自90年代以来，数控系统已经开始作为伺服电机的驱动元件，交流伺服电机已几乎不需要维修，体积非常小，而且对转速和功率的提高非常有帮助，从而大幅的取代了之前广为推广的直流，伺服系统。在今后伺服电机的发展过程当中，更加智能化更加的现代化，这是一个大方向上的发展趋势。随着科学的不断系度，伺服电机的智能化也将会展现在人们的面前，这是一种更加符合科学前进方向的进化趋势，也是一种更加符合对未来流水线工作要求的发展方向。

总结

在烟草机械行业，占据主流的所有先进设备，几乎全部都用交流伺服电机来取代直流电机，这是一种发展趋势，交流取代直流就是这种趋势。交流电机控制的精度更高，也让维护工作的工作量有了很大程度的减少，这就让电机的使用寿命能够增加的更多了，越是先进的机器，越是用大量的伺服电机改变原来的机械转动，这就让每一个传动轮都被一个伺服电机所控制，让各个电机之间通过同步的伺服驱动系统来去运行。这种同步系统，取代了机械齿轮和皮带的转动，通过与各伺服电机形成的电子齿轮，让设备的精度得以提升，让噪音得以减少。另外也可以让系统的总线来对参数进行设置，让各个传送古文的电子对位可以得到实现，就有了极大的便利，保养也有着极大的便利。种种迹象都说明了，这种伺服电机的驱动是更符合科学前进的大潮。

参考文献：

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