畢業(yè)論文-交流伺服電機(jī)

1、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　簡(jiǎn)要介紹交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用。目前對(duì)同步伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法多采用自適應(yīng)控制和磁場(chǎng)定向矢量控制。隨著應(yīng)用場(chǎng)合與控制對(duì)象的不同采用不同的控制策略。DSP控制技術(shù)的應(yīng)用使現(xiàn)代控制理論中先進(jìn)的、復(fù)雜的算法得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)今，隨著電機(jī)、功率器件、傳感器、微電子器件及控制理論控制算法的不斷發(fā)展，經(jīng)歷了幾代的應(yīng)用結(jié)合，

2、伺服驅(qū)動(dòng)裝置正朝著交流化、數(shù)字化、大功率方向</p><p>　　關(guān)鍵詞:交流伺服電機(jī);驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);特點(diǎn);發(fā)展;應(yīng)用</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　近年來隨著物流倉儲(chǔ)設(shè)備的快速發(fā)展，有很多物流倉儲(chǔ)設(shè)備都選用多功能工業(yè)門機(jī)作為大宗貨物進(jìn)出倉庫的閥門。工業(yè)門機(jī)具有快速、全自動(dòng)、安全、可靠、多功能等多種優(yōu)點(diǎn)，可以高效便捷

3、的使貨物進(jìn)出倉庫，保證倉庫內(nèi)的環(huán)境清潔和安全,成為先進(jìn)物流倉儲(chǔ)設(shè)備的重要組成部分。伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是80年代國際上崛起的高性能產(chǎn)品，具有良好的控制性能和較高的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，并以調(diào)速范圍廣、穩(wěn)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好、使用簡(jiǎn)便等優(yōu)越性能，迅速成為伺服系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì).因此研究具有必要性.</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)作為數(shù)控機(jī)

4、床、工業(yè)機(jī)器人及其它產(chǎn)業(yè)機(jī)械控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，在國內(nèi)外普遍受到關(guān)注。在20世紀(jì)最后10年間，微處理器（特別是數(shù)字信號(hào)處理器——DSP）技術(shù)、電力電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展為伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。如果說20世紀(jì)80年代是交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)取代直流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的話，那么，20世紀(jì)90年代則是伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的10年。這一點(diǎn)在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家尤為明顯。</p><p>

5、;　　1交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述</p><p>　　1.1伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的概述</p><p>　　伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是CNC裝置和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)。CNC裝置發(fā)出的控制信息，通過伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)，完成程序所規(guī)定的操作。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用歸納如下：</p><p>　　1.1.1伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能放大控制信號(hào)，具有輸出功率

6、的能力；</p><p>　　1.1.2伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)CNC裝置發(fā)出的控制信息對(duì)機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度進(jìn)行控制。</p><p>　　1.2交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　1.2.1交流伺服電機(jī)特點(diǎn)</p><p>　　a精度：實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問題；</p><p

7、>　　b、轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到2000～3000轉(zhuǎn)；</p><p>　　c、適應(yīng)性：抗過載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用；</p><p>　　d、穩(wěn)定：低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。適用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合；</p><p>　　f、及時(shí)性：電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)

8、相應(yīng)時(shí)間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；</p><p>　　e、舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。 </p><p>　　簡(jiǎn)單點(diǎn)說就是：我們平?？吹降哪欠N普通的電機(jī)，斷電后它還會(huì)因?yàn)樽陨淼膽T性再轉(zhuǎn)一會(huì)兒，然后停下。</p><p>　　而伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)是說停就停，說走就走（反應(yīng)極快）。但步進(jìn)電機(jī)存在失步現(xiàn)象。</p><p>　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作

9、原理與分相式單相異步電動(dòng)機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動(dòng)機(jī)與單機(jī)異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)： </p><p><b>　　A、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 </b></p><p>　　由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線與普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0＞1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

10、因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。 </p><p><b>　　B、運(yùn)行范圍較廣 </b></p><p><b>　　C、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象 </b></p><p>　　正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)失去控制電壓后，它處于單相運(yùn)行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大

11、，定子中兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T－S曲線） </p><p>　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率一般是0.1-100W。當(dāng)電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當(dāng)電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。 </p><p>　　交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。但控制

12、特性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量直流伺服電動(dòng)機(jī)相比，體積大、重量重，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。 </p><p>　　1.2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分類</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按其用途和功能分為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；按其控制原理和有無位置檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)；按驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作原理分為電液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣伺服驅(qū)動(dòng)

13、系統(tǒng)。電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又分為直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 </p><p>　　a.進(jìn)給驅(qū)動(dòng)與主軸驅(qū)動(dòng) </p><p>　　進(jìn)給驅(qū)動(dòng)是用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并提供切削過程所需的轉(zhuǎn)矩。主軸驅(qū)動(dòng)控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為機(jī)床主軸提供驅(qū)動(dòng)功率和所需的切削力。一般地，對(duì)于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要關(guān)心它的轉(zhuǎn)矩大小、調(diào)節(jié)范圍的大小和調(diào)節(jié)精度的高低，

14、以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的快慢。對(duì)于主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要關(guān)心其是否具有足夠的功率、寬的恒功率調(diào)節(jié)范圍及速度調(diào)節(jié)范圍。 </p><p>　　b.開環(huán)控制和閉環(huán)控制 </p><p>　　數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按有無位置反饋分兩種基本的控制結(jié)構(gòu)，即開環(huán)控制和閉環(huán)控制，如下圖所示。由此形成位置開環(huán)控制系統(tǒng)和位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)又可根據(jù)位置檢測(cè)裝置在機(jī)床上安裝的位置不同，進(jìn)一步分為半閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)控

15、制系統(tǒng)和全閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。若位置檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床的工作臺(tái)上，構(gòu)成的伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為全閉環(huán)控制系統(tǒng)；若位置檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床絲杠上，構(gòu)成的伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)則為半閉環(huán)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)多采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)常用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控或老設(shè)備的改造。 </p><p>　　c.直流伺服驅(qū)動(dòng)與交流伺服驅(qū)動(dòng) </p><p>　　70年代和80年代初，數(shù)控機(jī)床多采用直流伺服驅(qū)

16、動(dòng)。直流大慣量伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，而且，由于電機(jī)慣性與機(jī)床傳動(dòng)部件的慣量相當(dāng)，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整。而直流中小慣量伺服電機(jī)及其大功率晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)裝置，比較適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，以及快速定位、切削的要求。但直流電機(jī)一個(gè)最大的特點(diǎn)是具有電刷和機(jī)械換向器，這限制了它向大容量、高電壓、高速度方向的發(fā)展，使其應(yīng)用受到限制。 </p><p>　　進(jìn)入80年代，在電機(jī)控制領(lǐng)域交流

17、電機(jī)調(diào)速技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大舉進(jìn)入電氣傳動(dòng)調(diào)速控制的各個(gè)領(lǐng)域。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是交流電機(jī)容易維修，制造簡(jiǎn)單，易于向大容量、高速度方向發(fā)展，適合于在較惡劣的環(huán)境中使用。同時(shí)，從減少伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外形尺寸和提高可靠性角度來看，采用交流電機(jī)比直流電機(jī)將更合理。</p><p>　　1.3交流伺服電機(jī)的分類</p><p>　　伺服電機(jī)是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目

18、前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)交流運(yùn)行的應(yīng)用。 </p><p>　　1.4交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的地位</p><p>　　交流伺服電機(jī)是動(dòng)力源和進(jìn)給保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)床的大腦指揮機(jī)床各部件的移動(dòng)是加工出合格產(chǎn)品的前提.</p><p>　　2交流伺服

19、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用</p><p>　　2.1交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用</p><p>　　交流伺服電機(jī)只要是要有動(dòng)力源的，而且對(duì)精度有要求的一般都可能涉及到伺服電機(jī)。如機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等對(duì)工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對(duì)較高的設(shè)備</p><p>　　2.2伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)</p>

20、<p>　　作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來發(fā)展了多種伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)?？梢灶A(yù)見，隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動(dòng)機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。</p><p><b>　?。?）交流化</b>

21、;</p><p>　　伺服技術(shù)將繼續(xù)迅速地由DC伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)向AC伺服系統(tǒng)。從目前國際市場(chǎng)的情況看，幾乎所有的新產(chǎn)品都是AC伺服系統(tǒng)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，AC伺服電機(jī)的市場(chǎng)占有率已超過80％ 。國內(nèi)生產(chǎn)AC伺服電機(jī)的廠家也越來越多，正逐步超過生產(chǎn)DC伺服電機(jī)的廠家。可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，除了在某些微型電機(jī)領(lǐng)域之外，AC伺服電機(jī)將完全取代DC伺服電機(jī)。</p><p><b>　?。?/p>

22、2）全數(shù)字化</b></p><p>　　采用新型高速微處理器和專用數(shù)字信號(hào)處理機(jī)（DSP）的伺服控制單元將全面代替以模擬電子器件為主的伺服控制單元，從而實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的伺服系統(tǒng)。全數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，將原有的硬件伺服控制變成了軟件伺服控制，從而使在伺服系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)算法（如：最優(yōu)控制、人工智能、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等）成為可能。</p><p>　?。?）采用新型電力

23、電子半導(dǎo)體器件</p><p>　　目前，伺服控制系統(tǒng)的輸出器件多采用開關(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，主要有大功率晶體管（GTR）、功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）和絕緣門極晶體管（IGBT）等。這些先進(jìn)器件的應(yīng)用顯著降低了伺服單元輸出回路的功耗，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低了運(yùn)行噪聲。尤其是，最新型的伺服控制系統(tǒng)已開始使用一種把控制電路功能和大功率電子開關(guān)器件集成在一起的新型模塊，稱為智能控制功率模塊（Intell

24、igent Power Mod—ules，簡(jiǎn)稱IPM）。這種器件將輸人隔離、能耗制動(dòng)、過溫、過壓、過流保護(hù)及故障診斷等功能全部集成于一個(gè)不大的模塊中。其輸入邏輯電平與TTL信號(hào)完全兼容，與微處理器的輸出可直接接口。它的應(yīng)用顯著地簡(jiǎn)化了伺服單元的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)的小型化和微型化。</p><p><b>　?。?）高度集成化</b></p><p>　　新的伺服系

25、統(tǒng)產(chǎn)品改變了將伺服系統(tǒng)劃分為速度伺服單元與位置伺服單元2個(gè)模塊的做法，代之以單一、高度集成化、多功能的控制單元。同一個(gè)控制單元，只要通過軟件設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)就可改變其性能，既可以使用電機(jī)本身配置的傳感器構(gòu)成半閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，又可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度的全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。高度的集成化還顯著縮小了整個(gè)控制系統(tǒng)的體積，使伺服系統(tǒng)的安裝與調(diào)試工作都得到簡(jiǎn)化。</p><p><b>　?。?

26、）智能化</b></p><p>　　智能化是當(dāng)前一切工業(yè)控制設(shè)備的流行趨勢(shì)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為一種高級(jí)的工業(yè)控制裝置也不例外。最新數(shù)字化的伺服控制單元通常都設(shè)計(jì)為智能型產(chǎn)品，其智能化特點(diǎn)表現(xiàn)在：① 都具有參數(shù)記憶功能。系統(tǒng)的所有運(yùn)行參數(shù)都可通過人機(jī)對(duì)話的方式由軟件來設(shè)置，保存在伺服單元內(nèi)部，通過通信接口，這些參數(shù)甚至可以在運(yùn)行途中由上位計(jì)算機(jī)加以修改，應(yīng)用方便；② 都具有故障自診斷與分析功能。無論什么

27、時(shí)候，只要系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就會(huì)將故障類型及可能引起故障的原因通過用戶界面清楚地顯示出來，這就簡(jiǎn)化了維修與調(diào)試的復(fù)雜性；③有的伺服系統(tǒng)還具有參數(shù)自整定的功能。眾所周知，閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定是保證系統(tǒng)性能指標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，也是需要耗費(fèi)較多時(shí)間與精力的工作。帶有自整定功能的伺服單元可通過幾次試運(yùn)行，自動(dòng)將系統(tǒng)的參數(shù)整定出來，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)化。對(duì)于使用伺服單元的用戶來說，這是新型伺服系統(tǒng)最具吸引力的特點(diǎn)之一。</p><p&

28、gt;　?。?）模塊化和網(wǎng)絡(luò)化</p><p>　　在國外，以工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的工廠自動(dòng)化（Factory Automation，簡(jiǎn)稱FA）工程技術(shù)在近lO年來得到了長(zhǎng)足發(fā)展，并顯示出良好的發(fā)展勢(shì)頭。為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，最新的伺服系統(tǒng)都配置了標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口（如RS一232C或RS一422接口等）和專用的局域網(wǎng)接口。這些接口的設(shè)置顯著增強(qiáng)了伺服單元與其它控制設(shè)備問的互聯(lián)能力，從而，與CNC系統(tǒng)問的連接也變得

29、簡(jiǎn)單，只需1根電纜或光纜就可將數(shù)臺(tái)，甚至數(shù)十臺(tái)伺服單元與上位計(jì)算機(jī)連接為整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)。也可通過串行接口與可編程控制器（PLC）的數(shù)控模塊相連。</p><p>　　3交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　3.1、國外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) </p><p>　　a無人化、規(guī)?；a(chǎn)對(duì)加工設(shè)備提出了高速度、高精度、高效率的要求，交流伺服系統(tǒng)具有高響應(yīng)、免維護(hù)（

30、無碳刷、換向器等磨損元部件）、高可靠性等特點(diǎn)，正好適應(yīng)了這一需求。例如，日本FANUC公司、三菱電機(jī)公司、安川電機(jī)公司、德國Siemens公司、AEG公司、力士樂Indramat公司、美國A.B公司、GE公司等均先后在1984年前后將交流伺服系統(tǒng)付諸實(shí)用。國內(nèi)的交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)起步較晚，到20世紀(jì)80年代末才有產(chǎn)品問世。如冶金部自動(dòng)化研究院華騰公司的ACS系列、揚(yáng)州5308廠引進(jìn)Siemens公司的610系列，這些產(chǎn)品采用大功率晶體管模

31、塊（GTR），屬于模擬伺服，但從技術(shù)上填補(bǔ)了國內(nèi)空白。 </p><p>　　b 進(jìn)入20世紀(jì)s"年代，微電子制造工藝的日臻完善，使得DSP運(yùn)算速度呈幾何數(shù)上升，達(dá)到了伺服環(huán)路高速實(shí)時(shí)控制的要求，一些運(yùn)動(dòng)控制芯片制造商還將電機(jī)控制所必需的外圍電路（如A/D轉(zhuǎn)換器、位置/速度檢測(cè)倍頻計(jì)數(shù)器、PWM發(fā)生器等）與DSP內(nèi)核集成于一體，使得伺服控制回路采樣時(shí)間達(dá)到100s以內(nèi)，由單一芯片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加、減速控制，電

32、子齒輪同步控制，位置、速度、電流三環(huán)的數(shù)字化補(bǔ)償控制。一些新的控制算法如速度前饋、加速度前饋、低通濾波、凹陷濾波等得以實(shí)現(xiàn)。另一方面，電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得伺服系統(tǒng)主電路功率元件的開關(guān)頻率由2～5kHz提升到15～20kHz，1GBT（絕緣柵門雙極性晶體管）及IPM（智能型功率模塊）均是這一時(shí)代的產(chǎn)物，從而提高了系統(tǒng)的平穩(wěn)性，降低了系統(tǒng)的噪音。以上兩個(gè)方面不僅是交流伺服實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的基礎(chǔ)，而且使得交流伺服趨于小型化。目前一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家

33、的伺服系統(tǒng)生產(chǎn)廠家基本上均能夠提供全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)或者可以與自己的CNC系統(tǒng)相配套，如日本FANUC公司、三菱電機(jī)公司、安川電機(jī)公司、松下公司、山洋電機(jī)公司、德國Siemens公司、力士樂Indramat公司、Lenze公司、美國</p><p>　　全數(shù)字交流伺服技術(shù)的飛速發(fā)展，使得用戶根據(jù)負(fù)載狀況（如慣量、間隙、摩擦力等）調(diào)整參數(shù)更為方便，也省去了一些模擬回路所產(chǎn)生的漂移等不穩(wěn)定因素，但在發(fā)展初期，伺服接口

34、缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠家均設(shè)計(jì)自己的接口電路，相互之間無可互換性，用戶適配較為麻煩。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及PC-basedCNC技術(shù)快速發(fā)展的情況下，這一問題尤為突出。 </p><p>　　c在1987年，由德國機(jī)床協(xié)會(huì)和德國電力電子協(xié)會(huì)聯(lián)合提出數(shù)字驅(qū)動(dòng)接口國際標(biāo)準(zhǔn)，即SERCOS（SerialReal-timeCommunicationSystem串行實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)）接口作為高性能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)據(jù)串行實(shí)時(shí)通信接口，這兩

35、個(gè)協(xié)會(huì)將電機(jī)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、CNC系統(tǒng)的主要制造商組成一個(gè)聯(lián)合工作組。最初加入SERCOS工作組的公司有AEC、ABB、AMK、Banmuller、Bosch、Indramat、Siemens、PacificScientific等幾家公司。到了1994年，SERCOS成為控制器與數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)接口的國際標(biāo)準(zhǔn)并作為IEC61491標(biāo)準(zhǔn)獲得通過，因此具有開放性，迄今成員已增加到70多個(gè)公司。與此同時(shí)，開發(fā)了相應(yīng)的ASIC芯片、SERCON81

36、6，傳輸速度為2/4/8/16Mbit/s，SERCOS與其它串行現(xiàn)場(chǎng)總線相比，有效數(shù)據(jù)傳輸率高，例如Ethement以100Mbit/s速度傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，有效數(shù)據(jù)傳輸率為5～10Mbit/s；SERCOS以16Mbit/s速度傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，有效數(shù)據(jù)傳輸率為11Mbit/s。CAN（controllerAreaNetwork）</p><p>　　d輕質(zhì)（如銅、木材、鋁合金等）、復(fù)合材料在汽車、家電、AF業(yè)中的大量使

37、用，對(duì)高速、高效加工提出了新的要求。為了適應(yīng)這一需求，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼推出直線電機(jī)、高速主軸電機(jī)，而且付諸實(shí)用。對(duì)于直線電機(jī)而言，其控制技術(shù)與傳統(tǒng)的交流伺服電機(jī)相差不多，但由于直線電機(jī)本身沒有轉(zhuǎn)子等轉(zhuǎn)動(dòng)體，因而本身慣量小，所以具有高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，而檢測(cè)元件直接安裝于機(jī)械一側(cè)，從而檢測(cè)工作臺(tái)的位移，也避免了旋轉(zhuǎn)電機(jī)在方向改變時(shí)所存在的換向間隙，滿足了高速、高精密加工對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求。從IMTS’2000展覽會(huì)來看，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家在

38、高速加工技術(shù)方面處于領(lǐng)先水平，IBAG公司已向業(yè)界提供0.125～185kW，最高轉(zhuǎn)速為14,000r/min的系列化高速內(nèi)裝式主軸系統(tǒng)，徑向、軸向重復(fù)精度小于1?m，電機(jī)軸承有混合陶瓷軸承、液靜壓軸承、磁浮軸承三種，采用水管冷卻，且內(nèi)置位置傳感器供加工中心ATC之用。主軸驅(qū)動(dòng)采用矢量變頻技術(shù)，已在模具加工、高精密電極加工、鋁質(zhì)零件加工、高精度磨削加工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，F(xiàn)isher公司也有類似產(chǎn)品。 </p><p&g

39、t;　　3.2、國內(nèi)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) </p><p>　　我國在20世紀(jì)80年代初期通過引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)，又在國家“七五”、“八五”、“九五”期間對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行重大科技項(xiàng)目攻關(guān)取得了很大成果。但由于產(chǎn)品可靠性等方面的原因，制約著我國數(shù)控機(jī)床的配套及應(yīng)用，從而影響我國裝備制造業(yè)的發(fā)展。一些機(jī)床廠家也不得不選用國外的伺服系統(tǒng)，使得國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在價(jià)格、交貨期、可靠性等方面均不占優(yōu)勢(shì)，更無心力開發(fā)市場(chǎng)需求

40、的新品種，從而失去巨大的市場(chǎng)份額。從公開的統(tǒng)計(jì)資料來看，CNC系統(tǒng)中75%以上的故障出自伺服部分。然而，近年來在國家不斷組織科技攻關(guān)的同時(shí)，一些民營(yíng)高科技公司也為發(fā)展我國伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)注入了新的活力。例如北京中寶倫自動(dòng)化技術(shù)有限公司在國家沒有投入一分錢的情況下，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，不斷開發(fā)新產(chǎn)品，1994年開發(fā)成功PDC系列直流伺服系統(tǒng)，扭矩從1N?m至44.1N?m共有七個(gè)規(guī)格的寬調(diào)速直流伺服電機(jī)，采用國際上最新一代的功率器件——IPM、PW

41、M控制，調(diào)制頻率達(dá)到15kHz，有效地克服了以往SCR控制時(shí)電流斷續(xù)所產(chǎn)生的換向火花對(duì)于換向器的燒蝕，可使碳刷壽命延長(zhǎng)1倍以上。1997年底該公司又開發(fā)成功PAC系列交流伺服系統(tǒng)，與蘭州電機(jī)廠引進(jìn)德國S</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　綜上所述，伺服系統(tǒng)將向兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)是滿足一般工業(yè)應(yīng)用要求，對(duì)性能指標(biāo)要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合，追求低成本

42、、少維護(hù)、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，如變頻電機(jī)、變頻器等；另一個(gè)就是代表著伺服系統(tǒng)發(fā)展水平的主導(dǎo)產(chǎn)品——伺服電機(jī)、伺服控制器，追求高性能、高速度、數(shù)字化、智能型、網(wǎng)絡(luò)化的驅(qū)動(dòng)控制，以滿足用戶較高的應(yīng)用要求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、阮毅 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M] 清華大學(xué)出版社 2006</p><p>

43、　　2、李永東 高性能交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)現(xiàn)狀[A] 伺服控制[C] 2008，1</p><p>　　3、陳吉紅 發(fā)展我國伺服產(chǎn)業(yè)的探討[A] 伺服控制[C] 2007，2</p><p>　　4、李永東 交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002</p><p>　　5、秦憶等. 現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)[M] 華中理工大學(xué)出版社, 1995</