伺服系统〔自动控制系统〕_1.docx

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1、伺服系统自动控制系统20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和沟通可变速驱动技术的发展，永磁沟通伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的沟通伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。沟通伺服系统已成为现代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的沟通伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。沟通伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁沟通伺服电动机同直流伺服电动机比拟：主要优势：1、无电刷和换向器，因而工作可靠，对维护和保养要求低；2、定子绕组散热比拟方便；3、惯量小，易于提高系统的快速性；4、适

2、应于高速大力矩工作状态；5、同功率下有较小的体积和重量。主要劣势：1、永磁沟通伺服系统采用了编码器检测磁极位置，算法复杂；2、沟通伺服系统维修比拟费事，由于电路构造复杂；3、沟通伺服驱动器可靠性不如直流伺服，由于板件太过于精细。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完好的系列产品。整个伺服装置市场都转向了沟通系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在缺乏，尚不能完全知足运动控制的要求，随着微处理器、新型数字信号处理器DSP的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行。高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型沟通伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置

3、伺服系统。伺服系统发展趋势播报当代沟通伺服系统，经历了从模拟到数字化的转变，数字控制环已经无处不在，比方换相、电流、速度和位置控制；采用新型功率半导体器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块也缺乏为奇。国际厂商伺服产品每5年就会换代，新的功率器件或模块每22.5年就会更新一次，新的软件算法则日新月异，总之产品生命周期越来越短。总结国内外伺服厂家的技术道路和产品道路，结合市场需求的变化，能够看到下面一些最新发展趋势：3高效率化：尽管这方面的工作早就在进行，但是仍需要继续加强。主要包括电机本身的高效率比方永磁材料性能的改良和更好的磁铁安装构造设计，也包括驱动系统的高效率化，包括逆变器驱动电路

4、的优化，加减速运动的优化，再生制动和能量反应以及更好的冷却方式等。直接驱动：直接驱动包括采用盘式电机的转台伺服驱动和采用直线电机的线性伺服驱动，由于消除了中间传递误差，进而实现了高速化和高定位精度。直线电机容易改变形状的特点能够使采用线性直线机构的各种装置实现小型化和轻量化。高速、高精、高性能化：采用更高精度的编码器每转百万脉冲级，更高采样精度和数据位数、速度更快的DSP，无齿槽效应的高性能旋转电机、直线电机，以及应用自适应、人工智能等各种当代控制策略，不断将伺服系统的指标提高。一体化和集成化：电动机、反应、控制、驱动、通讯的纵向一体化成为当前小功率伺服系统的一个发展方向。有时我们称这种集成了

5、驱动和通讯的电机叫智能化电机SmartMotor，有时我们把集成了运动控制和通讯的驱动器叫智能化伺服驱动器。电机、驱动和控制的集成使三者从设计、制造到运行、维护都更严密地融为一体。但是这种方式面临更大的技术挑战如可靠性和工程师使用习惯的挑战，因而很难成为主流，在整个伺服市场中是一个很小的有特色的部分。通用化：通用型驱动器配置有大量的参数和丰富的菜单功能，便于用户在不改变硬件配置的条件下,方便地设置成V/F控制、无速度传感器开环矢量控制、闭环磁通矢量控制、永磁无刷沟通伺服电动机控制及再生单元等五种工作方式，适用于各种场合，能够驱动不同类型的电机，比方异步电机、永磁同步电机、无刷直流电机、步进电机

6、，可以以适应不同的传感器类型甚至无位置传感器。能够使用电机本身配置的反应构成半闭环控制系统，可以以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度全闭环控制系统。智能化：当代沟通伺服驱动器都具备参数记忆、故障自诊断和分析功能，绝大多数进口驱动器都具备负载惯量测定和自动增益调整功能，有的能够自动辨识电机的参数，自动测定编码器零位，有些则能自动进行振动抑止。将电子齿轮、电子凸轮、同步跟踪、插补运动等控制功能和驱动结合在一起，对于伺服用户来讲，则提供了更好的体验。网络化和模块化：将现场总线和工业以太网技术、甚至无线网络技术集成到伺服驱动器当中，已经成为欧洲和美国厂商的常用做法。当代工业局域网发展的重

7、要方向和各种总线标准竞争的焦点就是怎样适应高性能运动控制对数据传输实时性、可靠性、同步性的要求。随着国内对大规模分布式控制装置的需求上升，高档数控系统的开发成功，网络化数字伺服的开发已经成为当务之急。模块化不仅指伺服驱动模块、电源模块、再生制动模块、通讯模块之间的组合方式，而且指伺服驱动器内部软件和硬件的模块化和可重用。从故障诊断到预测性维护：随着机器安全标准的不断发展，传统的故障诊断和保护技术问题发生的时候判定原因并采取措施避免故障扩大化已经落伍，最新的产品嵌入了预测性维护技术，使得人们能够通过Internet及时了解重要技术参数的动态趋势，并采取预防性措施。比方：关注电流的升高，负载变化时

8、评估尖峰电流，外壳或铁芯温度升高时监视温度传感器，以及对电流波形发生的任何畸变保持警觉。专用化和多样化：固然市场上存在通用化的伺服产品系列，但是为某种特定应用场合专门设计制造的伺服系统比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形状、不同外表粘接构造SPM和嵌入式永磁IPM转子构造的电机出现，分割式铁芯构造工艺在日本的使用使永磁无刷伺服电机的生产实现了高效率、大批量和自动化，并引起国内厂家的研究。小型化和大型化：无论是永磁无刷伺服电机还是步进电机都积极向更小的尺寸发展，比方20，28，35mm外径；同时也在发展更大功率和尺寸的机种，已经看到500KW永磁伺服电机的出现，体现了向两极化发展的倾向。发展方

9、向：随着生产力不断发展，要求伺服系统向高精度、高速度、大功率方向发展。1、充分利用迅速发展的电子和计算机技术，采用数字式伺服系统，利用微机实现调节控制，加强软件控制功能，排除模拟电路的非线性误差和调整误差以及温度漂移等因素的影响，这可大大提高伺服系统的性能，并为实现最优控制、自适应控制创造条件；2、开发高精度、快速检测元件；3、开发高性能的伺服电机执行元件。沟通伺服电机的变速比已达110000，使用日益增加。无刷电机因无电刷和换向片零部件，加速性能要比直流伺服电机高两倍，维护也较方便，常用于高速数控机床。伺服系统主要应用播报伺服系统在数控加工中的作用及组成在自动控制系统中，把输出量能以一定准确

10、度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称为随动系统。伺服系统由伺服驱动装置和驱动元件(或称执行元件伺服电机)组成，高性能的伺服系统还有检测装置，反应实际的输出状态。数控机床伺服系统的作用在于接受来自数控装置的指令信号，驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。以上指的主要是进给伺服控制，另外还有对主运动的伺服控制，不过控制要求不如前者高。数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服系统。应用趋势自动控制系统不仅在理论上飞速发展，在其应用器件上也日新月异。模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔35年就有更新换代的产品面市。传统的沟通伺服电机特性软，并且其输出特性不是单值的;步进电机一般为开环控制而无法准确定位，电动机本身还有速度谐振区，pwm调速系统对位置跟踪性能较差，变频调速较简单但精度有时不够，直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中，但其也有缺点，例如构造复杂，在超低速时死区矛盾突出，并且换向刷会带来噪声和维护保养问题。新型的永磁沟通伺服电机发展迅速，尤其是从方波控制发展到正弦波控制后，系统性能更好，它调速范围宽，尤其是低速性能优越。