伺服电机的发展及研究综述

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机械装备研发

Research & Development of Machinery and Equipment

伺服电机的发展及研究综述

彭小武，刘江涛，赖德全

（西华大学机械工程学院，四川 成都 610039）

摘　要：随着社会的不断发展和进步，伺服驱动技术在工业发展中的作用愈加明显。高速加工技术和以高速、高精度为基础的其他技术的发展，推动了伺服电机的快速发展，世界各国都将其作为发展工业技术的重要战略。文章针对伺服电机的发展及研究做了综述，希望对我国伺服电机的发展起到一定的推动作用。关键词：伺服电机；发展；对策中图分类号：TM383.4 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）12-0129-01

——————————————作者简介： 彭小武（1996—），男，四川成都人，本科，研究方向：

机械电子工程。

伺服系统在数控机床、工业机器人、坐标测量机等自动化制造、装配及测量设备中，应用非常广泛，伺服电机是电气伺服系统中的重要执行机构。在当今快速发展的信息社会下，伺服电机将会朝着数位化、自动化路径发展，使其可以更加多方位地满足在工业发展中的需求[1]。

1 国内发展研究情况

由于我国伺服电机的发展相对滞后，因此被欧美和日本的外企占据主要市场份额。自2013年以来，得益于产业升级带来的积极影响，国内伺服电机自主支撑能力已经形成。大以内，并有超过20个更大规模的伺[2]。

GM7系列交流伺国只有自主开发和设计专利知识产权和自主设施。

2）广州数控在1997～1999年不断探索，于1999年交流伺服研发成功，填补此产品在国家的空白，将同类国外产品的价格降低50%。2002年，其被评为国家863重点项目“中档数控系统产业化支撑技术”的承接企业。2010年，中档数控系统产业化已成为中国市场的主流，建立广州CNC、发那科、西门子三足鼎立局面。

迄今，我国较佳的伺服品牌主要有汇川技术、台达伺服，南京埃斯顿等。其中，埃斯顿交流伺服系统拥有中国最完整的EDC、EDB、ProNet、ETS 系列和25种规格。埃斯顿交流伺服系统的主要功率范围为50W ～300kW，具有直接驱动系列、速度低转矩大的交流伺服系统产品和CAN、PROFIBUS、EtherCAT 系列产品。

2 国外发展研究情况

20世纪80年代初期，我国正处于改革开放初始时段，美、日、德等工业大国的伺服研究机构和企业就已经在不间断推出享有自主知识产权的伺服控制产品，比较著名的电机有德国西门子，日本安川、三菱等。随着工业的发展，伺服技术的研究，不仅是国内外大型企业非常看重，许多知名高校的学者也在探讨研发怎么满足工业生产所需要的高性能伺服产品。时至今日，大多的外国伺服厂家在高速、高精密电子技术层面做的相当优异：部分伺服的产品依靠同轴电缆来进行通信，其不低于5Mbit/s 的传送运动速度在极大地减少延迟的同时，抗干扰能力也取得了相当大的增强[3]。

外国较为著名的伺服电机厂商有日本安川、三菱、松下、三洋，德国西门子、伦茨、博士力士力，瑞典ABB，韩国三星、LG 等。

德国西门子公司拥有100多年的机械制造研发实战经验，是全球性遥遥领先的电机制造厂商。西门子电机产品几乎涵盖了所有的可以使用电机的工业领域，无论何种负载驱动，西门子电机都能满足系统的特定需求。应用行业：通用机械传动恒速传动，风机式（恒速变扭矩负载调速），替代国产Y、Y2系列电机升级客户产品泵负载（恒速变扭矩负载调速），压缩机式负载（恒速变扭矩负载调速）[4]。

3 目前存在的问题及解决方案

存在的问题：1）伺服系统精准度偏低，与外国的高分辨率编解码器相比较，差异较多。2）国内目前伺服产品的结构上还需优化改进，在电机尺寸以及输出功率方面有待提升。3）伺服系统整体的性能同国外的大品牌伺服电机相比有一定的差距，在高性能核心算法方面还需进一步突破。

解决方案：1）提高精度，系统各组成环节的精度需适当提高，其中就包括机械传动与支撑装置的精度，还可以在结构上的创新，改变原有结构形式或者发展组合电机来提高系统精度。2）在满足电机各种性能指标的要求下，改进设计，简化结构并且尽量减小电机尺寸。3）采用低速驱动元件消除减速齿轮和发展组合电机，并且优化核心算法等。

4 发展趋势

随着全数位化以及自动化的伺服电机控制系统的日渐普及，交流或直流伺服电机的应用将会日趋普遍。在过去，交流伺服系统供不应求，产品严重缺货，大量供应商生产紧张的局面。因为现在全球市场对伺服系统产品需求量很大，所以老旧的伺服系统已经不能达到目前市场的需求。伺服电机产品必将向高性能、小体积、永磁化和无刷方向发展。我国在中、高档数控系统产业中，还出现极大的空缺。要在伺服电机这片领域中研发出属于自己的自主知识产权。坚信将来，伺服电机在各个领域的应用均会有极大的提高。参考文献：

[1]张小明.数控交流伺服产品和技术特点分析[A].2009海峡两岸机

械科技论坛论文集[C].2009:4.[2]刘泽洋.高速全伺服热收缩膜包装机的电气自动化设计[D].上海:

上海交通大学,2012.[3]张建刚.基于多层网络的Q 系列PLC 三维伺服控制系统研究[D].

成都:西华大学,2010.[4]王秀季.伺服电机在高精度控制设备中的应用分析[J].机电信

息,2019(15):45-46.

（收稿日期：2019-6-12）