交流伺服电机及驱动系统地发展与应用

Abstract

简要介绍交流伺服电机及驱动系统的发展与应用。目前对同步伺服电动机的控制方法

多采用自适应控制和磁场定向矢量控制。随着应用场合与控制对象的不同采用不同的

控制策略。DSP控制技术的应用使现代控制理论中先进的、复杂的算法得以实现。现今，随着电机、功率器件、传感器、微电子器件及控制理论控制算法的不断发展，经

历了几代的应用结合，伺服驱动装置正朝着交流化、数字化、大功率方向

关键词:交流伺服电机;驱动系统;特点;发展;应用

引言

近年来随着物流仓储设备的快速发展，有很多物流仓储设备都选用多功能工业门机作

为大宗货物进出仓库的阀门。工业门机具有快速、全自动、安全、可靠、多功能等多

种优点，可以高效便捷的使货物进出仓库，保证仓库的环境清洁和安全,成为先进物流

仓储设备的重要组成部分。伺服驱动控制系统是80年代国际上崛起的高性能产品，具

有良好的控制性能和较高的动态品质，并以调速围广、稳速精度高、动态响应性能好、使用简便等优越性能，迅速成为伺服系统发展的必然趋势.因此研究具有必要性.

前言

伺服驱动技术作为数控机床、工业机器人及其它产业机械控制的关键技术之一，在国

外普遍受到关注。在20世纪最后10年间，微处理器（特别是数字信号处理器——DSP）技术、电力电子技术、网络技术、控制技术的发展为伺服驱动技术的进一步发展奠定

了良好的基础。如果说20世纪80年代是交流伺服驱动技术取代直流伺服驱动技术的话，那么，20世纪90年代则是伺服驱动系统实现全数字化、智能化、网络化的10年。这一点在一些工业发达国家尤为明显。

1交流伺服电机及驱动系统概述

1.1伺服驱动系统的概述

伺服驱动系统是CNC装置和机床的联系环节。CNC装置发出的控制信息，通过伺服驱动系统，转换成坐标轴的运动，完成程序所规定的操作。伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。伺服驱动系统的作用归纳如下：

1.1.1伺服驱动系统能放大控制信号，具有输出功率的能力；

1.1.2伺服驱动系统根据CNC装置发出的控制信息对机床移动部件的位置和速度进行控制。

1.2交流伺服电机及驱动系统的特点

1.2.1交流伺服电机特点

a精度：实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题；

b、转速：高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转；

c、适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；

d、稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合；

f、及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之；

e、舒适性：发热和噪音明显降低。

简单点说就是：我们平常看到的那种普通的电机，断电后它还会因为自身的惯性再转一会儿，然后停下。

而伺服电机和步进电机是说停就停，说走就走（反应极快）。但步进电机存在失步现象。

交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比

后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：

A、起动转矩大

由于转子电阻大，其转矩特性曲线与普通异步电动机的转矩特性曲线相比，有明

显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有

起动快、灵敏度高的特点。

B、运行围较广

C、无自转现象

正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机

失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转

的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩

特性（T－S曲线）

交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。

交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用

于0.5-100W的小功率控制系统。

1.2.3驱动系统分类

数控机床的伺服驱动系统按其用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按其控

制原理和有无位置检测反馈环节分为开环系统和闭环系统；按驱动执行元件的动作原

理分为电液驱动系统和电气伺服驱动系统。电气伺服驱动系统又分为直流伺服驱动系

统和交流伺服驱动系统。

a.进给驱动与主轴驱动

进给驱动是用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进

给运动，并提供切削过程所需的转矩。主轴驱动控制机床主轴的旋转运动，为机床主

轴提供驱动功率和所需的切削力。一般地，对于进给驱动系统，主要关心它的转矩大小、调节围的大小和调节精度的高低，以及动态响应速度的快慢。对于主轴驱动系统，主要关心其是否具有足够的功率、宽的恒功率调节围及速度调节围。

b.开环控制和闭环控制

数控机床伺服驱动系统按有无位置反馈分两种基本的控制结构，即开环控制和闭环控制，如下图所示。由此形成位置开环控制系统和位置闭环控制系统。闭环控制系统又

可根据位置检测装置在机床上安装的位置不同，进一步分为半闭环伺服驱动控制系统

和全闭环伺服驱动控制系统。若位置检测装置安装在机床的工作台上，构成的伺服驱

动控制系统为全闭环控制系统；若位置检测装置安装在机床丝杠上，构成的伺服驱动