蘇書忍

摘 要：文章在對伺服電機的結(jié)構(gòu)組成進行介紹之后，總結(jié)在自動化系統(tǒng)中所用伺服電機的特點以及優(yōu)點，通知實例來介紹自動化控制系統(tǒng)中伺服電機的應用情況以及未來的發(fā)展趨勢，以供參考。

關(guān)鍵詞：伺服電機;自動化系統(tǒng);應用

1引言

在目前現(xiàn)代化電機控制理論不斷發(fā)展進步的同時，人們對于伺服電機的應用也更加廣泛和深入，尤其是在目前工業(yè)生產(chǎn)中的自動化水平在不斷提高的同時，在自動化系統(tǒng)中應用伺服電機已經(jīng)成為目前的必然發(fā)展趨勢。而且隨著伺服電機在其中的應用，也實現(xiàn)驅(qū)動、電力電子元件以及控制的一體化，而且伴隨著相應材料技術(shù)以及微電子、控制技術(shù)的快速發(fā)展，也推動此技術(shù)在向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。

2伺服電機概述

在伺服系統(tǒng)中，伺服電機主要起到輔助馬達進行變速的作用，也就是對機械元件的運轉(zhuǎn)進行控制的發(fā)動機，通過此類伺服電機的應用，可以確保位置的精度以及對速度的準確控制。在目前的工業(yè)生產(chǎn)中比較常用的交流伺服電動機主要由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成，而且其中的轉(zhuǎn)子也分為鼠籠型和非磁性杯型兩種形式。對于后一種類型的轉(zhuǎn)子所構(gòu)成的伺服電機來說，其內(nèi)定期由環(huán)形的鋼片疊加而成，其中不存在繞組。而外定子的類型則與鼠籠型轉(zhuǎn)子相同，其主要有轉(zhuǎn)子繞組、鐵芯以及轉(zhuǎn)軸等部分組成。由于后一種類型的伺服電機在運行中由于具有較大的內(nèi)外定向間隙而存在較大的勵磁電流，降低電機的利用率，因此通常在某些特殊的場合下應用。而鼠籠型的伺服電機則在工業(yè)生產(chǎn)中比較常用。無論是何種伺服電機，在其內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子導條進行切割時會產(chǎn)生感應電流和電勢，通過其與旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和力，這就會推動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場相同的方向一起轉(zhuǎn)動。

3伺服電機的應用特點及優(yōu)勢

工業(yè)生產(chǎn)中常用的交流伺服電機為無刷電機類型，不僅具有較快的相應速度，而且慣量比較小，力矩比較穩(wěn)定，雖然其控制較為復雜，但是可以實現(xiàn)智能化控制，且在復雜的環(huán)境中可以應用。尤其是其中常用的同步電機來說，不僅具有較大的功率范圍和慣量，而且具有較高的轉(zhuǎn)速，比較適合在低速平穩(wěn)運行的場合中應用，表現(xiàn)出具有較高濟寧杜以及在低速中輸出較大轉(zhuǎn)矩以及存在較寬調(diào)速范圍等優(yōu)點。

在目前工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)字控制系統(tǒng)中比較常用步進電機，所采用的控制方式就是全數(shù)字式交流伺服電機或步進電機，此種伺服電機所表現(xiàn)出的優(yōu)勢，首先是表現(xiàn)出較強的過載能力，也就是具有較強的速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力，為了抵消在啟動瞬間由慣性負載產(chǎn)生的慣性力矩，需要選擇具有較高轉(zhuǎn)矩的電機，因此也減少了設備運行中所需要的轉(zhuǎn)矩。其次是表現(xiàn)出較快響應速度的優(yōu)點。這主要是由于此種電機具有良好的加速性能，其響應速度只有步進電機的百分之幾，比較適合在快速啟停的控制場合中應用。最后就是表現(xiàn)出良好的低頻特性。也就是由于其具有較高的頻率解析機能和已知共振的能力，容易檢測出共振點并進行系統(tǒng)的調(diào)整，防止出現(xiàn)低頻振動問題。

4伺服電機的應用實例

在目前大型工件的復雜曲面加工過程中，通常需要應用大型或中性落地式數(shù)控銑鏜床來實現(xiàn)五坐標聯(lián)動和多軸控制，滿足此類工件的加工精度要求。而此類數(shù)控加工設備在運行中具有1：3000的調(diào)速比，對調(diào)速性能的要求較高，還要保證在上述調(diào)速過程中確保其轉(zhuǎn)矩輸出的穩(wěn)定性。而針對此類加工設備來說，目前我國仍然是以進口為主。為此，就需要對此全數(shù)字技術(shù)進行深入研究，打破上述技術(shù)壟斷并推動此類加工設備的國產(chǎn)化，實現(xiàn)大型工件生產(chǎn)成本的降低。

以某落地式數(shù)控銑鏜床為例，其通過具有全數(shù)字化伺服電機的應用，表現(xiàn)出具有較高精度和速度比較穩(wěn)定的特點，具體地說，其控制精度可以精確到0.01～0.02Hz，甚至可以達到0.0025Hz，而且速度可以控制在0～500Hz的范圍之內(nèi)。而且在對大型工件進行加工的過程中需要進行頻繁的起落加工時也不會出現(xiàn)較大的速度波形的起伏現(xiàn)象。此外，其可以在超額輸出200%的額定轉(zhuǎn)矩下運行，表現(xiàn)出其他變頻器無法實現(xiàn)的能力，而且在此超負荷運行的狀況下也可以保證此設備的平穩(wěn)運行。由此可以看出，通過上述伺服電機在落地式數(shù)控銑鏜床中的應用，表現(xiàn)出具有平穩(wěn)的控制速度以及低速大扭矩等良好性能，可以確保大型設備的平穩(wěn)啟動，而且實現(xiàn)超負載性能的提升，表現(xiàn)出廣闊的應用前景。

以我廠為例，我們廠里有一套自動化托輥生產(chǎn)線，其運料行走部分是通過伺服電機提供動力，通過此生產(chǎn)線的應用，可以將下好的材料向規(guī)定的地方進行準確的運送。在此過程中表現(xiàn)出可以在電機停止時不會產(chǎn)生慣性，能立即停止，而且具有非常小的誤差。

在目前我國數(shù)字控制系統(tǒng)快速發(fā)展的同時，交流伺服電機在目前的半導體制造、加工機械以及部件組裝中廣泛應用，而且在逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服電機。然后由于數(shù)字控制系統(tǒng)理論的要求比較高，在目前針對高性能、效率、精度以及高速等方面的研究在不斷深入，而且主要的研究目的就是提升其自身性能，所采用的主要方式就是采用每轉(zhuǎn)百萬脈沖級別的更高精度的編碼器和更高的采用精度。同時還要在人工智能以及應用自適應等方面研究和控制策略應用的同時，不斷提升交流伺服電機的指標。此外，在目前分布式控制系統(tǒng)的應用在更加廣泛的同時，未來也需要繼續(xù)深入研究網(wǎng)絡化數(shù)字交流伺服電機以及模塊化數(shù)字交流伺服電機，同時也要滿足數(shù)字控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸同步性、可靠性以及實時性的要求。而且重點對其中的電源、伺服驅(qū)動、通訊模塊等組合方式和內(nèi)部硬軟件模塊化進行開發(fā)。

5結(jié)語

目前交流伺服電機在工業(yè)自動化系統(tǒng)中廣泛應用，而且表現(xiàn)出具有較快響應速度且容易實現(xiàn)智能化等優(yōu)點，尤其是與部件電機相比表現(xiàn)出更高的過載能力、更快的響應速度、以及不會出現(xiàn)低頻振動等問題的優(yōu)點，不僅在實際應用中優(yōu)勢顯著，而且在未來的高性能化以及模塊化、網(wǎng)絡化等發(fā)展中展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。

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