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伺服电机在自动控制方面的应用
2016-8-2

伺服电机 ,准确的说:伺服系统是一类控制发动机转速 ,转角以及转速 ,然后将电能转换为机械能 ,实现运动机械的运动要求的一个系统 ,它的核心是控制器 ,控制对象为伺服电机 ,以机械运动为驱动设备 ,执行机构是电力电子功率表变换装置 ,在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。本文在介绍伺服电机工作原理以及在数控自动化的方面应用的同时 ,分析其不足及未来的发展方向。

  1、前言

  近些年来 ,有目共睹的是:人民生活水平在日益的提高 ,消费也在不断的攀升 ,随着认知度以及对自身生活品质的要求不断被提到日程上   ,消费者不仅对内在物质的品质提出了要求 ,还在包装上  也提出了相应的要求 ,这就使得生产厂商不得不将自己的生产设备更新换代 ,以加快生产 ,更高要求的满足人们的需求 ,所以自动化数控设备被引入了生产 ,同时伺服电机更是得到了广泛的应用。

  根据近些年来的观察以及发展趋势可知 ,伺服电机控制技术正在向数字化、智能化、交流化的方向发展 ,那么作为数控机床的一部分 ,同时也作为执行机构来说 ,伺服电机要怎么样的被更好的利用于各大数控机床呢?随着数字脉宽调制技术 ,微电子技术、现在控制技术的不断进步 ,日新月异的进程中 ,对伺服电机的技术、现状以及发展趋势做一个简要的探讨。

  2、伺服电机简介

  目前 ,在生产中 ,我们通常所使用的是交流伺服电机 ,以交流伺服电机为例 ,来分析其结构的组成。

  交流伺服电机大致上  可分为两大部分 ,即转子和定子部分。其中 ,我们一般常用的鼠笼形转子和非磁性杯行转子就是这里所说的转子部分。那么定子部分呢?常用的定子结构与旋转变压器的定子有异曲同工之处 ,他们都是在定子铁心中安放着空间互成90度的两相绕组组成 ,故此 ,伺服电机也可被称为是两相的交流电动机。

  在两种常用的转子结构中 ,鼠笼形转子交流伺服电机由转子铁心 ,转轴以及转子绕组组成 ,而非磁性杯形转子交流伺服电机的外定子与鼠笼形的定子结构完全一样 ,而内定子确有着差别 ,它是由环形的钢片叠成 ,作为电机磁路的一部分 ,内定子通常不放绕组 ,只是代替鼠笼转子的铁心而已。

  但是依据目前市场的情况来看 ,一般被广泛应用的是鼠笼形转子伺服电机 ,因 为非磁性杯形转子的惯量小 ,轴承摩擦阻转矩小。还因 为它的转子之间没有齿槽 ,导致定、转子之间没有齿槽粘合的现象 ,在恒速转动时 ,抖动的现象不会发生 ,但是在相同的体积和重量下 ,以一定的功率范围内来看 ,杯形转子伺服电机比鼠笼形转子伺服电机所产生的启动转矩和输出功率都小 ,与此同时 ,杯形转子伺服电机的构造和制造工艺相对来说更复杂。故此 ,杯形转子伺服电机只有在要求运转非常平稳的某些场合下才被使用(如:积分电路)。

  3、伺服电机在数控上  的应用

  3.1伺服电机在数控系统中的应用特点

  交流伺服电机是无刷电机的一种 ,但是它分为同步和异步电机 ,在运动控制中较常见的是同步电机 ,就因 为它可以做到很大的功率 ,在最高转动的情形下 ,速度低 ,并且随着功率增大而快速降低 ,因 此适合做低速平稳运行的应用。故此精度高 ,调速范围宽、能在低速时输出大的转矩 ,还有快速响应且无超调就是其最大的特点。

  3.2伺服电机较之其它电动机有那些优势

  交流伺服电机在很多方面的性能都优于步进电机 ,虽然在一些特殊的场合或者在一些要求不高的场合经常用步进电机来做执行电动机 ,但是交流伺服电机依然是呼声最高应用最广的电机 ,那么比之步进电机有那些方面的不同呢?

  其一在控制精度上  的不同。交流伺服电机的控制精度是由电机轴后端的旋转编码器保证 ,而两相步进电机的距角一般为3.6度、18度 ,五相混合式步进电机距角为0.72度、0.36度。

  其二、低频特性的不同。步进电机在低速时容易出现低频振动的现象。由于步进电机工作原理的特性决定了低频振动的现象 ,而这种现象对于机器的正常运转来说是有害而无利的 ,但是交流伺服电机的运转却非常的平稳 ,即使是在非常低的速度下 ,也能保持平稳性而不会出现振动。那是因 为交流伺服系统具有共振抑制的功能 ,在系统的内部存在着频率解析机能 ,在检测到机械有共振点的时候就会适时的进行调整。

  还有矩频特性、过载能力、以及运行性能和速度响应性能的不同。在控制系统的设计过程中 ,要综合考虑控制的要求、成本等以及多方面因 素 ,在适时的选用较为适当的控制电机。

  4、伺服电机的发展趋势

  随着中国从制造业大国转变为制造业强国的进程和数字化交流伺服系统的性能价格比逐渐提高的基础上   ,交流伺服系统作为控制电机类高档精密部件 ,它在行业中的市场也是在稳步上  升。那么作为数控机床最重要的组成部分 ,同时伺服系统也一直是影响系统加工性能的重要指标之一。

  近年来围绕着伺服系统动态与静态特性的提高 ,也是发展并且出现了多种伺服驱动技术。决定交流伺服系统性能好坏的关键性因 素依然是伺服控制技术 ,但由于交流伺服系统本身的有着极其先进的控制原理以及低成本 ,免维护的特性 ,更何况其控制特性也在全面的超越直流伺服系统 ,势必在今后的发展过程中将大部分甚至是全部代替直流伺服系统 ,按照当前的运转模式来分析 ,其今后比向高效率化 ,告诉 ,高精度化以及高性能化的方向发展。

  不仅如此 ,随着目前智能化的大幅度推广以及网络化模块化的盛行 ,而现代交流伺服驱动设备也同时具备着参数记忆的功能 ,以及自身故障的诊断和分析的功能 ,有的伺服电机甚至还具备了识别参数的性能 ,还能在发现振动的时候自动对其进行抑制 ,自动将编码器进行测定并归零 ,这些都是伺服电机在智能化法相的发展趋势。而网络化的重点发展方向就是如何适应高性能运动控制对数据传输的实时性、同步性以及可靠性的要求。高档数控系统的成功开发 ,也预示着网络化数字伺服开发成为当下的当务之急 ,还有伺服电机驱动器、电源、再生制动、以及电机与电机之间的通讯都在不断的向模块化方向发展。

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