伺服電機的應用及技術控制措施研究

馬永紅

重慶德新機器人檢測中心有限公司 重慶 400714

1 引言

在目前我國經濟飛速發展以及各項科學技術在快速進步的同時，伺服電機在各個領域中的應用也在不斷增多，同時也對伺服電機控制技術的應用提出了更高的要求。在目前以電機為核心的伺服電機控制技術中，其主要的作用就是將電能向機械能進行轉化，同時也在向數字化和智能化的方向發展，以滿足現代化社會發展對更高的數控系統計算處理能力的要求。為此，本文就對伺服電機控制技術的應用以及未來發展前景進行闡述。

2 伺服控制系統的內涵

在目前現代信息化技術的不斷發展中推動了伺服電控技術的發展，以及伺服電控系統的在各個行業中的應用。而此種系統屬于自控系統的類型，也是一種負反饋系統，或者被稱為動態隧動系統，就是會隨著給定信號的不同而發生控制對象的改變。在此系統中比較重要的幾個部分主要有受控體、執行器、控制器以及傳感器等。其中的受控體就是被控物件，而功率放大器和馬達共同組成了執行器。目前此系統按照不同的執行元件主要分為電氣伺服系統和電液伺服系統兩種。其中前者的可靠性和穩定性比較好，也便于進行維修和保養。而后者的特點就是采用電液脈沖馬達作為驅動中心，表現出具有較高的反應靈敏性、較好的剛性以及較小的時間常數等特點，且由于具有較小的速度起伏變化而具有運行穩定的特點。但是此種類型的伺服系統在運行中容易出現較大的噪音以及發生漏油的問題。而伺服系統按照反饋方式的不同還可以分為多種不同的類型，主要有脈沖數字比較、幅值比較或者是相位比較、全數字伺服系統等。

本文中的主要研究是按照不同的控制理論來對伺服系統進行分類，主要分為以下三種類型：一是開環伺服系統。此種系統的內部不存在運動反饋的控制回路和檢測的反饋裝置，具有工作穩定以及較低成本、結構簡單、調試維護簡單等優點。在此系統中主要的驅動部件就是步進電動機，在此系統的應用中步距角、機械傳動等精度會對此系統的精度造成影響，比較適合在精度和速度要求不高的設備中應用。二是半閉環伺服系統。此種系統的主要構成有無刷旋轉變壓器以及測量速度的發電機。其中的變壓器中由于使用了脈沖編碼器，因此不會受到非線性因素的影響，而且由于將檢測位置和速度的器件安裝在電機軸或絲桿上，可以收集其信號進行反饋，實現系統的機械傳動機制。因此此種系統比較適合在數控機床中應用，也就是需要在具有偏低精度要求的機械轉動裝置中應用。同時為了提升其加工精度，可以應用數控裝置來發揮其內部的誤差補償功能以及間隙補償功能。三是全閉環伺服系統。此系統的主要構成有比較環節、伺服驅動放大器、機械傳動裝置以及電動機和直線位移測量裝置等。其中的驅動部分主要就是可以對機床運動部件的移動量進行監測、反饋與修正。而且在對機床部件進行測量時，可以通過具有較高精度的全閉環控制位置系統，以及在工作臺上安裝的光棚或感應同步器等來實現加工精度的提升。但是此種系統運行中容易受到非線性因素的影響，而且具有較為復雜的安裝和調試過程。

3 伺服電機控制技術的應用

首先是其低頻特性的應用。在應用伺服電控技術進行低速運轉的過程中，容易導致步進電機運行中的低頻振動問題，而由于電機空載時的起跳頻率為振動頻率的2倍，容易由于上述問題而影響設備的正常運行，為此就需要通過阻尼技術來對上述問題進行控制。也就是在電機中進行阻尼器或驅動器的設置，通過其中的細分技術實現控制。通過此類伺服電機的應用，表現出在低速運轉時穩定性的提高，不僅可以通過其自帶的共振功能來彌補其機械剛性的不足，而且也可以通過其頻率解析功能來監測機械共振點，避免出現共振問題。

然后來分析一下精準度的應用。在電機軸后方進行旋轉編碼器的安裝之后可以控制交流伺服電機的精確度。以2000線編碼器為標準的全數字交流伺服電機，如果采用四倍頻技術的驅動器，其脈沖量為0.045°。而如果采用17位編碼器，則可以接收131072個脈沖為周期，電動機轉動一圈的脈沖量為0.0027466°。

4 伺服電機控制技術的發展前景

在目前的企業中對伺服電機進行設計和應用時主要的形勢就是通過電機來對專用集成電路進行控制，而且主要是應用復雜可編程邏輯器件和現場可編程邏輯陣列等軟件來實現。在對上述技術進行應用時，就需要結合不同的用戶和電子系統的要求進行集成電路的設計，而且通過此電路來滿足操作邊界的掃描，實現用戶可以在現場進行編程操控等操作。同時上述電路的設計以及生產時間也比較短，這主要是由于用戶要求和數量比較少。此種電路與通用電路相比還表現出具有較輕的重量和較小的體積、以及較低的成本和功耗、較高的質量等優點，同時此技術還會對電機控制MCU設計以及電機控制DSP設計等方面有所體現。在上世紀80年代中末期，此技術與催化加工技術進行結合并取得了較大的應用，而且此技術在數控系統中的應用越來越廣泛，實現了對直流伺服系統的替代，也成為未來的主要發展方向。同時在此技術的應用中也與目前先進的計算機技術進行結合來向數字化和微處理器等方向發展，提升了其可靠性和柔性、降低了伺服系統的調試功能復雜程度、提升了其精度，推動此技術向智能化、系統化以及數字化等方向發展。

5 結語

正是由于伺服電機控制技術在結合先進的通信技術和電力電子技術之后表現出綜合性的優點，提升了其技術水平，而且其應用范圍也在不斷擴大，更好地滿足社會需求，而且在設計和生產更高的數控產品的同時，也推動此技術向信息化、智能化以及高精密方向發展，給人們帶來更好的體驗以及更高的經濟效益。