伺服电机控制技术的应用及发展趋向分析.docx

伺服电机控制技术的应用及发展趋向分析杨新颖【摘 要】 随着我国经济实力的不断增强,科技不断地创新.近年来,伺服电控技术被 广泛应用,不仅能够有效提升数控系统计算性能,缩短时间,还能够有效提升系统运行 性能,逐渐向更加科学化、智能化方向转变.因此,将对伺服电机控制技术应用和发展 趋势进行深入探讨.【期刊名称】 现代制造技术与装备【年(卷),期】 2019(000)005【总页数】 2 页(P91-92)【关键词】 伺服电机;控制技术;发展趋势【作 者】 杨新颖【作者单位】 天津航天中为数据系统科技有限公司,天津 300301【正文语种】 中 文近年来,我国各领域都取得了不错的发展成绩，伺服电机控制技术也在各领域中被 广泛的应用起来，并且自身也在不断创新和完善。同时伺服电机控制技术逐渐向数 字化和智能化方向迈进。伺服电机控制技术主要以电机为核心，将电能转换为机械 能，并且在航空、机械运转和运输行业中都有得到有效应用。由此可见，电机为电 控技术发展起到了很大的推动作用，使其能够更好地满足现代化社会发展需求。同 时，处理器控制与数字化伺服控制系统的同步发展，也使数控系统计算处理能力提升到更高水平，更加适应信息化发展需求。1 伺服控制系统的含义伺服电控系统是现代信息化发展的一种产物，是比较常见的一种负反馈系统，从属 于自控系统之中，也可将其称之为动态随动系统，即控制对象随着给定信号变化而 发生改变。受控体、制动器、控制器以及传感器等是伺服控制系统中最重要的几个 组成部分，在众多构件中，制动器由功率放大器、马达构成；被控的物件则称之为 受控体，而控制器、被控制对象、执行器和检测变速器等则也是其不可缺少的成分。 根据执行元件差异，伺服控制系统划分为电气与电液伺服系统，其中，电气伺服系 统具有较好的可靠性与稳定性，保养维修相对方便快捷；电液伺服系统则是以电液 脉冲马达作为驱动中心的，具有反应灵敏、刚性好以及时间常数小等优点，并且有 很高的输出力矩，速度变化起伏小，更加平稳。但电液伺服系统也存在多种弊端， 如体积庞大、运行中产生噪音大以及漏油现象时有发生等。从反馈比较方式分析， 伺服电控系统包含了多种系统，如脉冲数字比较伺服系统、幅值比较伺服系统、相 位比较伺服系统以及全数字伺服系统等。其中，幅值比较伺服系统应用较少，脉冲 数字比较伺服系应用较为广泛。开环伺服系统，整体结构并不复杂，调试与维护操作比较方便，并且开环伺服系统 的内部因为没有运动反馈控制回路，稳定性更高、投入成本小、无检测反馈装置等 是其突出的优点，运动错误一旦产生，电动还能够按照装置发出的脉冲命令正常运 作，并且能够对错误信息进行反馈。步进电动机在开环伺服系统中处于核心地位， 其精度影响主要来自于步距角与机械传功精度。一般来说，在伺服系统中，对精度 与运行速度要求不是很苛刻，通常都会采用步进电动机控制，以充分发挥步进电机 控制作用。半闭环伺服系统，运行与调试步骤内容相对简捷，主要应用于对位置与速度的检测。 测量位置无刷旋转变压器与测度的发电机构成半闭环伺服系统的两个主要部分。其中，脉冲编码器是无刷旋转变压器内部中最为重要的一个器件，抗干扰能力较强， 不易受某些非线性因素影响，系统能够正常运行，实现对机械传动的控制。将系统 内全部反馈信号装在电机轴中，能够有效对速度和位置两个重要信号量进行检测， 并且为系统提供机械传动保障。在数控机床应用领域中半闭环伺服系统应用最广泛， 由于机械传动装置精度与此系统定位精确度具有密切联系，所以即使机械传动装置 精度不高，只需利用数控装置所具有的误差补偿与间隙补偿功能，也可以使其精确 度有所提升。与前两种系统进行比较，全闭环伺服系统相对复杂，组成系统装置多种多样，其中 包含了比较控制环节、伺服驱动放大装置、直线位移测量器装置以及机械传动机构 等。虽然有很多且复杂的装置，但是全闭环伺服系统驱动部件能够对系统中机床运 动单元移动量进行有效监测和修正反馈。对机床部件进行测量时，可以将光棚或感 应同步器安装在工作台上，然后对其充分利用。整个全闭环伺服系统中，也可以将 直线位移检测器安装在移动部件上，这样移动部件测量精度、灵敏度就等同于位移 监测器的精度和灵敏度，对加工精度同样起到提升作用。但是机械传动装置之间的 非线性因素会对全闭环伺服系统整体运行产生影响，使系统的稳定性降低，如摩擦 阻尼、反响间隙以及装置刚度等，都会对运行造成不良影响。同时在整个全闭环伺 服电机系统中，由于其自身系统构较多，对其进行调试和安装比较繁琐复杂。2 伺服电控技术的应用2.1 低频特性中的应用在实际低速运转过程中，步进电机常会出现低频振动现象，可见电机控制系统自身 负载能力、驱动器性能好坏与低频振动有着密切关联。一般来说，电机空载起跳频 率的一半就是振动频率，若是步进电机由于工作原理而产生低频振动问题，就会对 运行带来阻碍，不能进行日常的工作；步进电机进入低速运转状态时，一般可以使 用阻尼技术对低频振动问题加以控制。例如可以将阻尼器或驱动器中的一种，设置在电机中，通过细分技术进行控制。通过对比发现，交流伺服电机运转时稳定性更 高，即使处于低速运转状态中，低频振动问题也不会出现。在交流伺服电机中，由 于系统自带共振功能，能够弥补机械刚性中存在的不足进行问题，同时系统中还带 有频率解析功能，可对机械共振点进行有效测量监视，及时发现问题，避免发生共 振现象。2.2 过载能力的运用交流伺服电机，能够实现高速度过载能力与转矩过载能力，在速度与转矩两方面上 具备有非常高的能力，但相比而言，步进电机却缺少过载的高性能，如在 SANYO 交流伺服电机中，速度过载能力和转矩过载能力这两种性能同时具有，而步进电机 是不具备这两种高性能的，所以为了能够克服系统启动时所产生的惯性力矩，在实 际过程中，会对电机型号进行选择，一般都会选择一些大型号的电机。但是这也存 在一些缺陷，在实际应用过程中，对高电机力矩需求小，会出现力矩被浪费的现象。 2.3 精准度的应用通常情况下，旋转编码器安装于电机轴后方，交流伺服电机所表现的精确度主要由 此编码器决定。全数字交流伺服电机以 2000 线编码器为标准，与之相比，若是驱 动器内使用四倍频技术，则脉冲量为 0.045；若是伺服电机系统使用 17 位编码器， 此时以接收 131072 个脉冲为周期，电动机会转动一圈，且脉冲量为 0.0027466， 换算后步距角为 1.8。步进电机的两种主要形式为两相混合式与多相混合式，其 中，两相混合式步进电机，相比之下脉冲量数值为 1/655 ，脉冲量较小，步距角 为 1.8和 0.9，且性能方面更高的两相式步进电机，在对其进行细致的划分后，可以发现步距角更加小的二相混合式步进电机可以达到将五相混合式、普通二相混 合式步距角兼容的理想效果，其中 0.72、0.36是五相混合式常用步距角；0.9、 0.18、0.072等二相混合式步进电机，可以通过对拨码开关设置来改变步距角大 小。3 伺服电机控制技术发展趋势现代信息化社会不断发展，电机专用集成电路需要结合用户、电子系统提出的要求 完成集成电路设计。设计软件主要是复杂可编程逻辑器件和现场可编辑逻辑阵列， 是设计伺服电机的常见形式。其自身拥有用户可以在现场编程操控，操作边界能够 有效进行扫描。电机控制专用集成电路可以根据用户要求充分体现出自身优点，短 时间完成从设计到生产的工作。与传统通用电路相比较，集成电路是电子技术与用 户机电系统相集合应运而生的产物，在各个方面都具备优势，如质量高、功耗低、 重量轻、体积小以及所需成本低等，这些都是通用电路所不能比拟的。除此之外， 伺服电机控制技术在电机控制中， MCU 设计与 DSP 设计都表现出良好的应用前 景。伺服电机技术从开始运用，到逐渐应用于数控系统中，最早可追溯到 20 世纪 80 年代。而交流伺服电机因为具有体积小的特点，对维修需求并不是很大，利用这一 特点，能够对转速和功率起到很大的提升作用。现阶段，交流伺服电机控制系统在 数字化控制市场中被广泛应用，并且开始逐步取代直流伺服电机控制技术。当下， 交流伺服系统使用领域越来越广泛，而直流伺服系统相对落后，不能适应发展需求， 逐步被交流伺服系统所取代，伺服系统开始向各家先进的数字化和微处理器方向发 展。同传统系统相比，伺服系统计算速度得到了很大提高，采样时间上也得到了大 大缩短，技术的不断创新发展，将伺服控制技术系统性能不断改善和提高，可靠性 与柔性方面也有得到了提升。另外，伺服系统调试功能复杂度有所降低，朝精度与 技术更高方向发展。在以后的发趋势，交流伺服系统会占据主导地位，并且由于自 身拥有众多优点，应用范围将会更为广泛，并且随着不断完善和创新，交流伺服系 统会向着智能化、系统化以及数字化方向发展，为社会带来更大的经济效益。4 结语随着时间推移，全数字化和智能化的伺服电机系统产生，伺服电机控制技术自身具有综合性特点，并且结合先进的通信技术与电力电子技术，使技术水平得到了大幅 度提升，在其发展的过程中起到了一定帮助。随着伺服电机控制技术使用范围不断 增加，更好地适应了发展需求，会不断地朝信息化、智能化以及高端精密方向发展， 进而设计、生产出更加优秀的数控产品，带来更大的经济效益，使我国伺服电控技 术不断更新发展，为人们带来更好的使用体验。参考文献【相关文献】1孙斌.伺服电机的应用及技术控制研究J. 自动化应用， 2017 ，( 8 )： 67-68. 2刘扬.浅析伺服电机在自动控制系统中的应用J.科技视界， 2014 ，( 18 )： 75. 3郭栋梁.基于 FPGA 的多轴伺服电机控制技术及其应用研究D.沈阳：沈阳理工大学， 2017.