伺服電機在自動控制方面的應用

1、前言

近些年來，有目共睹的是：人民生活水準在日益的提高，消費也在不斷的攀升，隨著認知度以及對自身生活品質的要求不斷被提到日程上，消費者不僅對內在物質的品質提出了要求，還在包裝上也提出了相應的要求，這就使得生產廠商不得不將自己的生產設備更新換代，以加快生產，更高要求的滿足人們的需求，所以自動化數控設備被引入了生產，同時伺服電機更是得到了廣泛的應用。

根據近些年來的觀察以及發展趨勢可知，伺服電機控制技術正在向數位化、智慧化、交流化的方向發展，那麼作為數控機床的一部分，同時也作為執行機構來說，伺服電機要怎麼樣的被更好的利用於各大數控機床呢？隨著數位脈寬調製技術，微電子技術、現在控制技術的不斷進步，日新月異的進程中，對伺服電機的技術、現狀以及發展趨勢做一個簡要的探討。

2、伺服電機簡介

目前，在生產中，我們通常所使用的是交流伺服電機，以交流伺服電機為例，來分析其結構的組成。

交流伺服電機大致上可分為兩大部分，即轉子和定子部分。其中，我們一般常用的鼠籠形轉子和非磁性杯行轉子就是這裡所說的轉子部分。那麼定子部分呢？常用的定子結構與旋轉變壓器的定子有異曲同工之處，他們都是在定子鐵心中安放著空間互成90度的兩相繞組組成，故此，伺服電機也可被稱為是兩相的交流電動機。

在兩種常用的轉子結構中，鼠籠形轉子交流伺服電機由轉子鐵心，轉軸以及轉子繞組組成，而非磁性杯形轉子交流伺服電機的外定子與鼠籠形的定子結構完全一樣，而內定子確有著差別，它是由環形的鋼片疊成，作為電機磁路的一部分，內定子通常不放繞組，只是代替鼠籠轉子的鐵心而已。

但是依據目前市場的情況來看，一般被廣泛應用的是鼠籠形轉子伺服電機，因為非磁性杯形轉子的慣量小，軸承摩擦阻轉矩小。還因為它的轉子之間沒有齒槽，導致定、轉子之間沒有齒槽粘合的現象，在恒速轉動時，抖動的現象不會發生，但是在相同的體積和重量下，以一定的功率範圍內來看，杯形轉子伺服電機比鼠籠形轉子伺服電機所產生的啟動轉矩和輸出功率都小，與此同時，杯形轉子伺服電機的構造和製造工藝相對來說更複雜。故此，杯形轉子伺服電機只有在要求運轉非常平穩的某些場合下才被使用(如：積分電路)。

3、伺服電機在數控上的應用

3.1伺服電機在數控系統中的應用特點

交流伺服電機是無刷電機的一種，但是它分為同步和非同步電機，在運動控制中較常見的是同步電機，就因為它可以做到很大的功率，在最高轉動的情形下，速度低，並且隨著功率增大而快速降低，因此適合做低速平穩運行的應用。故此精度高，調速範圍寬、能在低速時輸出大的轉矩，還有快速回應且無超調就是其最大的特點。

3.2伺服電機較之其它電動機有那些優勢

交流伺服電機在很多方面的性能都優於步進電機，雖然在一些特殊的場合或者在一些要求不高的場合經常用步進電機來做執行電動機，但是交流伺服電機依然是呼聲最高應用最廣的電機，那麼比之步進電機有那些方面的不同呢？

其一在控制精度上的不同。交流伺服電機的控制精度是由電機軸後端的旋轉編碼器保證，而兩相步進電機的距角一般為3.6度、18度，五相混合式步進電機距角為0.72度、0.36度。

其二、低頻特性的不同。步進電機在低速時容易出現低頻振動的現象。由於步進電機工作原理的特性決定了低頻振動的現象，而這種現象對於機器的正常運轉來說是有害而無利的，但是交流伺服電機的運轉卻非常的平穩，即使是在非常低的速度下，也能保持平穩性而不會出現振動。那是因為交流伺服系統具有共振抑制的功能，在系統的內部存在著頻率解析機能，在檢測到機械有共振點的時候就會適時的進行調整。

還有矩頻特性、超載能力、以及運行性能和速度回應性能的不同。在控制系統的設計過程中，要綜合考慮控制的要求、成本等以及多方面因素，在適時的選用較為適當的控制電機。

4、伺服電機的發展趨勢

隨著中國從製造業大國轉變為製造業強國的進程和數位化交流伺服系統的性能價格比逐漸提高的基礎上，交流伺服系統作為控制電機類高檔精密部件，它在行業中的市場也是在穩步上升。那麼作為數控機床最重要的組成部分，同時伺服系統也一直是影響系統加工性能的重要指標之一。

近年來圍繞著伺服系統動態與靜態特性的提高，也是發展並且出現了多種伺服驅動技術。決定交流伺服系統性能好壞的關鍵性因素依然是伺服控制技術，但由於交流伺服系統本身的有著極其先進的控制原理以及低成本，免維護的特性，更何況其控制特性也在全面的超越直流伺服系統，勢必在今後的發展過程中將大部分甚至是全部代替直流伺服系統，按照當前的運轉模式來分析，其今後比向高效率化，告訴，高精度化以及高性能化的方向發展。

不僅如此，隨著目前智慧化的大幅度推廣以及網路化模組化的盛行，而現代交流伺服驅動設備也同時具備著參數記憶的功能，以及自身故障的診斷和分析的功能，有的伺服電機甚至還具備了識別參數的性能，還能在發現振動的時候自動對其進行抑制，自動將編碼器進行測定並歸零，這些都是伺服電機在智慧化法相的發展趨勢。而網路化的重點發展方向就是如何適應高性能運動控制對資料傳輸的即時性、同步性以及可靠性的要求。高檔數控系統的成功開發，也預示著網路化數位伺服開發成為當下的當務之急，還有伺服電機驅動器、電源、再生制動、以及電機與電機之間的通訊都在不斷的向模組化方向發展。