[精品]交流伺服系统发展现状及其趋势.doc

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1、交流伺服系统发展现状及其趋势运动控制系统作为电气自动化的一个重要的应用领域，已经被广泛应用于国民经济各个部门。运动控制系统主要研究电动机拖动及机械设备的位移控制问题。交流伺服系统是运动控制系统所研究的重要的一部分，而纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存与各个生产领域，随着工业技术的发展，两者相互竞争，相互促进。1990年以前，由于技术成本等原因，国内伺服电机以直流永磁有刷电机和步进电机为主，而且主要集屮在机床和国防军工行业。1990年以后，进口永磁交流伺服电机系统逐步进入屮国，此期间得益于稀

2、土永磁材料的发展、电力电子及微电子技术日新月杲的进步，交流伺服电机的驱动技术也得以很快发展。如今约占整个电力拖动容量80%的不变速拖动系统都采用交流电动机，而只占20%的高精度、宽广调速范围的拖动系统采用直流电动机。自20世纪80年代以来，随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控制技术及计算机技术等支撑技术的快速发展，交流伺服控制技术的发展得以极大的边进，使得先前困扰着交流伺服系统的电机控制复杂、调速性能差等问题取得了突破性的进展，交流伺服系统的性能日渐提高，价格趋于合理，使得交流伺服系统取代

3、直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。一、交流伺服系统的概述伺服来英文单词Servo,指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要索包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。控制器的功能是完成伺服系统的闭环控制，包括•力矩、速度和位置等。我

4、们通常说的伺服驱动器己经包括了控制器的基本功能和功率放大部分。虽然采用功率步进电机直接驱动的开环伺服系统曾经在90年代的所谓经济型数控领域获得广泛使用，但是迅速被交流伺服所取代。进入21世纪，交流伺服系统越来越成熟，市场呈现快速多元化发展，国内外众多品牌进入市场竞争。H前交流伺服技术已成为工业动化的支撑性技术Z—。在交流伺服系统屮，电动机的类型有永磁同步交流伺服电机(PMSM)和感应界步交流伺服电机(IM),其屮，永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范I韦I宽广、动态特性和效率

5、都很高，己经成为伺服系统的主流Z选。而异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在大功率场合得到重视。二、交流伺服系统的分类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，又可分为三种: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(无刷直流机)伺服系统和止弦波永磁同步电动机伺服系统;另i种是用鼠笼型异步电动机构成的伺服系统。二者的不同Z处在于永磁同步电动机伺服系统小需

6、要采用磁极位置传感器而感应电动机伺服系统屮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界步伺服电动机使用同一套伺服放大器。所谓数字控制是指系统的主要部分由数字运算元件构成，数字控制讨分二类:一类为破件方式，即数字元件的工作不用软件而仅用硬件。它包括数字电路破件控制、专用集成电路(asic)和超大规模集成电路破件控制;另一•类为软件方式，即数字元件通过软件进行工作。三、交流伺服系统的性能指标交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳

7、定性等方面來衡量。低档的伺服系统调速范围在1:1000以上，-般的在1:5000〜1:10000,高性能的可以达到1:100000以上；定位精度一般都要达到±1个脉冲，稳速精度，尤其是低速下的稳速精度比如给定lrpm吋，-•般的在土0.lrpm以内，高性能的可以达到土0.Olrpm以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后不超过90°或者幅值不小于50%。进口三菱伺服电机MR—J3系列的响应频率高达900Hz,血国内主流产品的频率在20

8、0〜500Hzo运行稳定性方而，主要是指系统在电压波动、负载波动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他特殊运行条件下，维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。这方面国产产品、包括部分台湾产品和世界先进水平相比差距较大。伺服控制技术是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术Z-,是国外交流伺服技术封锁的主要部分。随着国内交流伺服用电机等硬件技术逐步成熟，以软形式存在于控制芯片屮的伺服控制技术成为制约我国高性能交流伺服技术及产品发