伺服係統在機電設備中具有重要的地位，高性（xìng）能的伺服係統可以提供（gòng）靈活、方便（biàn）、準確、快速的驅動。隨（suí）著技術的進步和整個工業的不斷發展，拖動係統的發展趨勢是用交流伺服驅動取代傳統的液壓、直流、步進（jìn）和AC變頻調速驅動，以便使係統性能達到（dào）一個（gè）全新的水平，包括更短的（de）周期、更高的生產率、更（gèng）好的可靠性和更長的壽命。

　　一、伺服係統的發展過程

　　伺服係統的（de）發（fā）展經曆了由液壓到電氣（qì）的過程（chéng）。電氣伺服係統（tǒng）根（gēn）據所驅動的電機（jī）類型分為直流（DC）和交流（AC）伺服係統。20世（shì）紀50年代，無刷電機和直流電機實現了產品化（huà），並在計算機外圍設備和（hé）機（jī）械（xiè）設備上獲得了廣泛的應用，20世紀70年代則是（shì）直流伺服電機的應用最廣泛（fàn）的時代。但直流伺服（fú）電機存在機械結（jié）構複雜、維護工（gōng）作量大等缺點，在運行過程中轉子容易發熱，影響了與其連接的其他機械設備的精度，難以應用到高速及大容量（liàng）的場合，機械換向器則成為（wéi）直流伺服驅動技術發（fā）展的瓶頸。

　　從20世紀70年代後期到80年代初（chū）期，隨著微處理器技（jì）術、大功率（lǜ）高性能半導體功（gōng）率器件技術（shù）和電機永磁材料製造工（gōng）藝的發展及其性能價格比的日益提高，交流伺服技術——交流伺服電機和交流伺服（fú）控製係統逐（zhú）漸成為主（zhǔ）導產品。交流伺服（fú）電

　　機克服了直流伺服電機（jī）存在的電刷、換向器等（děng）機械部件所帶來的各種缺（quē）點，特（tè）別（bié）是交流伺（sì）服電機的過負荷特性和低慣性體現出交流伺服係統的優越性。

　　交流（liú）伺（sì）服係統按其采用的驅動電動機（jī）的（de）類型來分，主要（yào）有兩大類：永磁同步（SM型）電動機交流伺服係統和感應式異步（bù）（IM型）電動機交流伺服係統。其中，永磁同步電動機交流伺服係（xì）統在（zài）技術上已趨於完全成熟，具備了十分優良的低（dī）速性能，並可實現弱磁高速控製，拓寬了係統的調速範圍，適應了高性能伺服驅（qū）動（dòng）的要求。隨著永磁材料性能的大幅度（dù）提（tí）高和價格的降低，其（qí）在工業生產自動化領域中的應用將越（yuè）來越廣泛，目前已成為（wéi）交流伺服係統（tǒng）的主（zhǔ）流（liú）。感應式異步電動機交流伺服係統由於感應式異（yì）步電動（dòng）機結（jié）構堅固，製造（zào）容易，價格低廉，因而具有很好的發展前景，代表了將（jiāng）來伺服技術的方向。但由於該係統采用矢量變換控製，相對永磁同步電動機（jī）伺服係統來說（shuō）控製比較複雜，而且（qiě）電機低速運行時還（hái）存在著效率低、發熱（rè）嚴重等有待克服的技術問題，目前並未得（dé）到（dào）普遍應用。

　　係統的執行元（yuán）件一般為普通三相鼠籠型異步電（diàn）動機，功率（lǜ）變換器件通常采用（yòng）智能功率模塊IPM。為進一步提高係統的動態和靜態性能，可采用位（wèi）置和速度閉環控製。三相交流電（diàn）流的跟隨（suí）控（kòng）製能有效提（tí）高（gāo）逆變器的電流響應速度，並且能限製暫態（tài）電流，從而有利於IPM的（de）安全工作。速度和位置環可（kě）使用（yòng）單片機控製，以使控製策略獲得更高的控製性能。電流調節器（qì）若為比例形式，三個交流電流環都用足夠（gòu）大的比例調節器進（jìn）行控製，其比（bǐ）例（lì）係數應該在保證係統不產生振蕩的前提下盡量選大些，使被控異步電動機三相交流電流的幅值（zhí）、相位和頻率緊隨給定值快速變化，從而（ér）實現電壓型逆變（biàn）器的快速電流控製。電（diàn）流用比例調節，具有結構簡單、電流跟隨性能好以（yǐ）及（jí）限製電動機起製動電流快速可靠等諸多優點。

　　從伺服驅動產（chǎn）品當前的應用來看，直流（liú）伺服產品正逐漸減少，交流伺服產品則日漸增加，市場占有率逐步擴大。在實際應用中，精度更高、速度更快、使用（yòng）更方便的交流（liú）伺服（fú）產品已經成為工廠自動化等（děng）各個領域中的主流產品。

　　二、伺服驅動產品（pǐn）概況

　　由於伺服驅動產（chǎn）品在（zài）工（gōng）業生（shēng）產中的（de）應用十（shí）分廣泛，市場上的相關產品種類很多，從普通電機、變頻電機（jī）、伺服電機、變頻（pín）器、伺服控製到運動控製器、單軸控製器、多軸控製器、可編程控製器、上（shàng）位控製單元乃至車間和廠級監控（kòng）工作站等一應俱（jù）全。

　　（一（yī））伺服電機

　　隨著永磁材料製造（zào）工藝的（de）不斷完善，新一代的伺服電機大都采（cǎi）用了最新的Nd2Fe14b1（銣鐵硼（péng））材（cái）料，該材料（liào）的剩餘磁密、矯頑力和最大磁能積均好於其他永磁材料，再加上合理的磁極、磁（cí）路及電（diàn）機結構設計，大大地提高了電機的性（xìng）能，同時又（yòu）縮小了電機的外形尺（chǐ）寸。新一代的伺服電機（jī）大都采用（yòng）了新型的位置編碼器，這種位置編碼器的信號線數量從9根減少到（dào）5根，並支（zhī）持增量型和絕（jué）對值型兩種類型，通信速率達4M/s，通信周期為（wéi）62.5μs，數據長度為12位，編碼器分辨率為20bit/rev，即（jí）每轉生成100萬個脈衝（chōng），最高轉速達6000r/min，編碼器電源電流僅為（wéi）16μA。伺服電機（jī）按照容（róng）量可以分為超小（xiǎo）型（MINI型）、小容（róng）量型、中容量（liàng）型和（hé）大容（róng）量型。超小容量型的功率範圍為10W到20W，小容量型的功率範圍為30W～750W，中容（róng）量型的功率範圍為300W～15KW，大容量型的（de）功率範圍為22KW～55KW。伺服電機的供（gòng）電電壓（yā）範圍從100V～400V（單三相）。

　　（二）伺服控製單元

　　傳統的模擬控（kòng）製雖然具有（yǒu）連續性（xìng）好、響應速度快及成本低的優點，但也有難以克服的（de）缺點，如係統調試困難，容易受到環境（jìng）溫度變化的影（yǐng）響而（ér）產生（shēng）漂移，難以實現柔性（xìng）化設計，缺乏實現複雜計算的能力，無法實現現代化控製理論指導下的控製算法等

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