上海鑫永電機：交直（zhí）流伺服技術的比較

　　伺服係統在機電設備中（zhōng）具有重要的地位，高性能的伺服（fú）係統可以提（tí）供靈活（huó）、方便、準確、快速的驅動。隨著（zhe）技術的進步和整個工（gōng）業的不斷發展，拖動係（xì）統的發展趨勢是用交流伺服驅（qū）動取代傳統的液（yè）壓、直流、步進和AC變頻調速驅（qū）動，以（yǐ）便（biàn）使係統性能達（dá）到（dào）一個全新的（de）水平，包括更短的周期、更高的生產率（lǜ）、更好的可靠性（xìng）和更長的壽命。

　　一、伺服係統的發展過程

　　伺服（fú）係（xì）統的發展經曆了由液壓到電（diàn）氣的過程。電（diàn）氣伺服（fú）係統根（gēn）據所驅動的電機類型分為直流（DC）和交流（AC）伺服（fú）係統。20世紀50年代，無（wú）刷電機和直流電機實現了產品化，並在計算機外圍設備和機械設（shè）備上獲得了（le）廣泛（fàn）的應用，20世紀70年代則是直（zhí）流伺（sì）服電機的應用最（zuì）廣泛的時代（dài）。但直（zhí）流伺服電機存在機械結構複雜、維護（hù）工（gōng）作量大等缺點，在運行過（guò）程中（zhōng）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（yǐ）應用到高速及大容量的場合，機械（xiè）換向器則成為直（zhí）流伺服驅動技術發展的瓶頸。

　　從20世紀70年代後期到80年代初期，隨著微處理器技術、大功率高性能半導體功率器（qì）件技術和電機永磁材料製造工藝的發展及其性（xìng）能價格比的日益（yì）提高，交流伺服技術——交流伺服電機（jī）和（hé）交流伺服控製係統逐漸成為主導（dǎo）產品。交流伺服（fú）電機克（kè）服了直流伺服電機存在的電刷、換向（xiàng）器等機械部件（jiàn）所帶（dài）來的各種缺點，特別是交（jiāo）流伺服電機的過負荷特性和低慣性體現出交流伺服係統的（de）優越性（xìng）。

　　交（jiāo）流伺服係統按其采用的驅動電動機的類型來分，主要有兩大類：永磁同步（SM型）電動機交流伺服係統和感應式異步（IM型）電動機交流伺（sì）服係統。其（qí）中，永磁（cí）同步電動機交流伺服係統在技（jì）術上已趨於完全成熟，具備了十分優良的低速性能，並可實現弱磁高速控製，拓寬了（le）係統的調速範圍，適應了高性能伺服驅動的要求。隨著永磁材料性能的大幅度提高和價格的（de）降低，其在工業（yè）生產自動化（huà）領域中的（de）應用將越來越廣泛，目前已成為交流伺服係統的主流。感應式異步電動機交（jiāo）流（liú）伺服係統由（yóu）於感應式異步電動機結構堅固，製造容易（yì），價格低廉，因而（ér）具有很（hěn）好（hǎo）的發展前景，代（dài）表了（le）將來（lái）伺服技術的方向。但（dàn）由於（yú）該係統（tǒng）采用矢量變換控製，相對永磁同步電動機伺（sì）服係統來說控製（zhì）比較複雜，而且電機低速運行時還存在（zài）著效率低、發熱嚴（yán）重等有待克（kè）服的技術問題（tí），目前並未得到普遍應用。

　　係統的執行元件一（yī）般為普通三相鼠籠型異（yì）步電動機，功率變換器件通常采用（yòng）智能功率模塊IPM。為進一步提高係統的動態（tài）和（hé）靜態性能，可采用位置和速度閉環控製。三相交流電流的跟隨控製能（néng）有效提高逆變器的電流響應速度，並且（qiě）能限製暫態電流，從（cóng）而有利於（yú）IPM的（de）安全工作。速度和位置環可使用（yòng）單片機控製，以使控製策略（luè）獲得更高（gāo）的控製性能。電流調（diào）節器（qì）若為比例形式，三個交流電流環都用足夠大的比例調節器進行控製，其比例係數（shù）應該在保證（zhèng）係統不產生振（zhèn）蕩（dàng）的前提下盡量選大（dà）些，使被（bèi）控異步電動機三（sān）相交流電流（liú）的幅值、相位和頻率緊隨給定值快速變化（huà），從而實現電壓型逆變器的（de）快速電流控製。電流用比例調節，具有結構簡單、電流跟隨性能好以（yǐ）及限製電（diàn）動（dòng）機起製動電流快速可靠等諸多優點。

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

　　二、伺服驅動產品概（gài）況

　　由（yóu）於伺服驅（qū）動（dòng）產品在（zài）工業生產中的應用十（shí）分廣（guǎng）泛，市場上的相關產品種類很多，從普通電機、變頻電機、伺服電機（jī）、變頻器、伺服控製到運動控（kòng）製器、單（dān）軸控製器、多軸控製器、可編程控製器、上位控製單元乃至車間（jiān）和廠（chǎng）級監（jiān）控（kòng）工作（zuò）站等一應俱全。

　　（一）伺服電機

　　隨著永磁材料製造工藝的不斷完善，新一代的伺（sì）服電機大都采用了最新的Nd2Fe14b1（銣（rú）鐵硼）材料，該材料的剩餘磁密、矯頑力和最大磁能積均（jun1）好於其他永磁材料，再加上合理的磁極（jí）、磁路及電機結構設計，大大地提（tí）高了電機的性能，同時又縮小了電機的外形（xíng）尺寸。新一代的伺服電（diàn）機大都采用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5根（gēn），並支持增量型和絕對值型兩（liǎng）種類型，通信速率達4M/s，通信周（zhōu）期（qī）為62.5μs，數據長度為12位（wèi），編碼器分辨率為20bit/rev，即每轉生成100萬個脈衝，最高轉速達6000r/min，編碼器電（diàn）源電流僅為16μA。伺服電機按照容（róng）量可以分為超小型（MINI型）、小容量型（xíng）、中容量（liàng）型和大容（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，中容量型的功率範圍為300W～15KW，大容量型的功率（lǜ）範圍為（wéi）22KW～55KW。伺（sì）服電機的供電電（diàn）壓範（fàn）圍（wéi）從100V～400V（單三（sān）相）。

　　（二）伺服（fú）控製單（dān）元

　　傳統的（de）模擬控製雖然具有連續性好、響應速度快及成本低的優點，但也有（yǒu）難以克服的缺點，如係統調試困難，容易受到環境溫度變化的影響而產（chǎn）生漂移，難以實現柔性化設計，缺乏實現複雜計（jì）算的能力（lì），無法實現現代化控製理論指導下的控製算法等。

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