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谈工业控制电气伺服驱动技术及其发展

更新时间：2019-12-31 10:21:20 大小：600K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：工业控制伺服驱动 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

近年来，随着社会的快速发展，工业领域逐渐呈现出激烈的竞争趋势，因而在此基础上，当代工业行业在可持续发展过程中为了稳固自身在市场竞争中的地位，应注重从交流伺服系统的引进等角度出发，增强自身工业生产设备水平，打造自动化生产空间，提升整体伺服驱动产品生产质量，满足社会发展需求。本文从伺服驱动系统类别分析入手，并详细阐述了工业控制电气伺服驱动技术的发展，旨在推进当前工业生产技术的逐步革新。

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综述——谈工业控制电气伺服驱动技术及其发展

机床电器2012．5

综述

谈工业控制电气伺服驱动技术及其发展

肖永清 (湖北十堰东风汽车公司，442001)

摘要：交流伺服系统作为现代工业生产设备的重要驱动源之一，是工业自动化不可缺少的基础技术。作为工业

控制装置的重要功能部件，伺服驱动装置的特性一直是影响其性能的重要指标。本文阐述了伺服驱动系统的基本概

念、分类及其特性；步进电机和交流伺服电机的使用性能；以及伺服驱动产品在工业生产中的应用状况；同时指出了

伺服控制系统逐渐成为工业设备的重要驱动源及伺服驱动系统的发展方向。

关键词：工业控制；伺服驱动；发展方向

中图分类号：TM921．54+1

文献标识码：A

文章编号：1004—0420(2012)05—0004—06

Electrical industrial control servo drive

and its

technology

development

XIAO

Yong—qing

’

Auto

(Hubei Shiyan

Corporation，442001)

Dong Feng

servo

of modem industrial

as an

driver of industrial automation is

Abstract：AC

system

production equipment

important

servodrives has

concepts，clas·

basic

industrial control devices as

characteristic of

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important

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servo drive

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performance．In

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system，the

sification and

the industrial

industrial

motor and the use of AC servo motor

well as the servo drive

performance；as

system

products

characteristics；stepper

of the

out that the servo control

has

become an

important

production

application：also pointed

gradually

driver and servo drive

systems

equipment

development．

direction of

words：industrial control；servo drives；the

Key

development

转距的增加而均匀下降；速应性强是指反应快、灵敏、

响态品质好。

伺服驱动系统的基本概念和应用

围绕伺服驱动装置的动态特性与静态特性的提

伺服驱动系统综合了伺服电动机、角位移传感器

和伺服驱动控制器的最新成就，与采用新型电力电子

器件、专用集成电路和新的控制算法的交流伺服驱动

器相匹配，组成新型高性能机电一体化产品。这种系

统以仅仅数年的成长期迅速进入鼎盛阶段，在工业自

动化领域及现代军事装备中获得了越来越多的应用。

伺服驱动装置作为伺服机构的运动控制系统，无论是

数控机床、工业机器人、冶金、化工设备、雷达以及各种

工业自动化过程中数控装置，其执行部分均使用了各

种数字式或模拟式伺服驱动系统。它的功率不大，由

几瓦到几十千瓦，但却是一项关键的基础技术。上述

设备的性能和工作可靠性、经济性，均与所用伺服驱动

系统有直接关系。

高，近年来国内外发展了多种伺服驱动技术。电气伺

服技术应用广泛，主要原因是控制方便灵活，容易获得

驱动能源，没有公害污染，维护也比较容易。特别是随

着电子技术和计算机软件技术的发展，它为电气伺服

技术的发展提供了广阔的前景。

伺服系统一是使物体的位置、方位、状态等输出被

控量能够跟随输入目标值(或给定值)任意变化的自

动控制系统。伺服的主要任务是按控制命令的要求，

对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出

的力距、速度和位置控制得非常灵活方便。伺服系统

是具有反馈的闭环自动控制系统。它由位置检测部

分、误差放大部分、执行部分及被控对象组成。

伺服系统的性能要求：伺服系统必须具备可控性

好，稳定性高和速应性强等基本性能。可控性好是指

信号消失以后，能立即自行停转；稳定性高是指转速随

——d——

伺服系统的发展紧密地与伺服电动机的不同发展

阶段相联系，伺服电动机至今已有五十多年的发展历

史，经历了三个主要发展阶段：第一个阶段是以步进电

万方数据

机床电器2012．5

综述——谈工业控制电气伺服驱动技术及其发展

动机驱动的液压伺服马达或以功率步进电动机直接驱

动为中心的时代，伺服系统的位置控制为开环系统；第

二个阶段是直流伺服电动机的诞生和全盛发展的时

代，由于直流电动机具有优良的调速性能，很多高性能

伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良

的低速性能，并可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调

速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。随着永磁材

料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自

驱动装置采用了直流电动机，伺服系统的位置控制也动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺

由开环系统发展成为闭环系统。在数控机床的应用领服系统的主流。感应式异步电动机交流伺服系统由于

域，永磁式直流电动机占统治地位，其控制电路简单，感应式异步电动机结构坚固，制造容易，价格低廉，因

无励磁损耗，低速性能好；第三个阶段在20世纪90年

代，是以机电一体化作为背景的，由于伺服电动机结构

及其永磁材料、控制技术的突破性进展，出现了无刷直

流伺服电动机(方波驱动)，交流伺服电动机(正弦波

驱动)等种种新型电动机。因为微电子技术的快速发

展，电路的集成度越来越高，对伺服系统产生了很重要

的影响，交流伺服系统的控制方式迅速向微机控制方

向发展，并由硬件伺服转向软件伺服，智能化的软件伺

服将成为伺服控制的一个发展趋势。伺服系统控制器

的实现方式在数字控制中也在由硬件方式向着软件方

式发展；在软件方式中也是从伺服系统的外环向内环、

进而向接近电动机环路的更深层发展。从伺服驱动产

品当前的应用来看，直流伺服产品正逐渐减少，交流伺

服产品则日渐增加，市场占有率逐步扩大。在实际应

用中，精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服产

品已经成为工厂自动化等各个领域中的主流产品。伺

服系统在机电设备中具有重要的地位，高性能的伺服

系统可以提供灵活、方便、准确、快速的驱动。随着技

术的进步和整个工业的不断发展，拖动系统的发展趋

势是用交流伺服驱动取代传统的液压、直流、步进和

AC变频调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的水

平，包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和

更长的寿命。

而具有很好的发展前景，代表了将来伺服技术的方向。

但由于该系统采用矢量变换控制，相对永磁同步电动

机伺服系统来说控制比较复杂，而且电机低速运行时

还存在着效率低、发热严重等有待克服的技术问题，目

前并未得到普遍应用。

交流伺服系统根据其处理信号的方式不同，可以

分为模拟式伺服、数字模拟混合式伺服和全数字式伺

服；如果按照使用的伺服电动机的种类不同，又可分为

两种：一种是用永磁同步伺服电动机构成的伺服系统，

包括方波永磁同步电动机伺服系统和正弦波永磁同步

电动机伺服系统；另一种是用鼠笼型异步电动机构成

的伺服系统。二者的不同之处在于永磁同步电动机伺

服系统中需要采用磁极位置传感器，而感应电动机伺

服系统中含有滑差频率计算部分。若采用微处理器软

件实现伺服控制，可以使永磁同步伺服电动机和鼠笼

型异步伺服电动机使用同一套伺服放大器。

目前，伺服系统的数字控制大都是采用硬件与软

件相结合的控制方式，其中软件控制方式一般是利用

微机实现的。这是因为基于微机实现的数字伺服控制

器与模拟伺服控制器相比，具有下列优点：能明显地降

低控制器硬件成本；速度更快、功能更新的新一代微处

理机不断涌现，硬件费用会变得很便宜；体积小、重量

轻、耗能少，可显著改善控制的可靠性；集成电路和大

规模集成电路的平均无故障时间(MTBF)大大长于分

立元件电子电路；数字电路温度漂移小，也不存在参数

的影响，稳定性好；在电路集成过程中采用了一些屏蔽

措施，可以避免电力电子电路中过大的瞬态电流、电压

引起的电磁干扰问题，因此可靠性比较高；采用微处理

机的数字控制，使信息的双向传递能力大大增强，容易

和上位系统机联运，可随时改变控制参数；可以设计适

合于众多电力电子系统的统一硬件电路，其中软件可

以模块化设计，拼装构成适用于各种应用对象的控制

算法；以满足不同的用途。软件模块可以方便地增加、

更改、删减，或者当实际系统变化时彻底更新；提高了

信息存贮、监控、诊断以及分级控制的能力，使伺服系

伺服驱动系统的分类及其特性

伺服驱动系统的种类：通常根据伺服驱动机的种

类来分类，有电气式、油压式或电气一油压式三种。伺

服系统若按功能来分，则有计量伺服和功率伺服系统；

模拟伺服和功率伺服系统；位置伺服和加速度伺服系

统等。电气式伺服系统根据电气信号可分为DC直流

伺服系统和AC交流伺服系统。AC交流伺服系统又

有异步电机伺服系统和同步电机伺服系统两种。交流

伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分：永磁同

步(SM型)电动机交流伺服系统和感应式异步(IM

型)电动机交流伺服系统。其中，永磁同步电动机交流

一5一

万方数据

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