伺服系统及相关建议.doc

伺服电机系统刘长庚2012-3-272012年二月份向陈生请教伺服电机时,陈生要求我上交一份有关对伺服电机如何理解的资料,因故未能及时呈交。如今算是完成,虽然绝大部内容都是从网络及书籍上抄而来,但这个过程也是再一次的学****过程。我本意不是说明我在学****什么,而是向管理层提一个建议,多余的资料只是附带的。第一部分自己对伺服系统的理解伺服系统定义:根据当前所知信息,对伺服系统的定义可概括为:执行机构按照控制信号的要求动作。也即没有控制信号时,被控对象是不动的,有控制信号,被控对象就按控制信号动作。伺服电机历史:伺服机构理论起源于二次世界大战期间,美军为了发展具有自动控制功能的雷达追踪系统,委托了研究机构发展控制机械系统的闭回路控制技术,以强化巡航导弹等导向武器精准度,此一发展奠定了后来伺服机构理论的基础。而微处理器及集成电路的不断进化,不仅带动了资讯产业的发展,也间接带动了伺服驱动技术的发展。伺服系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中,后来逐渐推广到很多领域,特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的:以小功率指令信号去控制大功率负载。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。在没有机械连接的情况下,由输入轴控制位于远处的输出轴,实现远距同步传动。使输出机械位移精确地跟踪电信号,如记录和指示仪表等。在上世纪60年代以前,伺服驱动是以步进电机驱动的液压伺服马达,或者以功率步进电机直接驱动为特征,伺服系统的位置控制为开环控制。60~70年代是直流伺服电动机诞生和全盛发展的时代,直流伺服系统在工业及相关领域获得了广泛的应用,伺服系统的位置控制也由开环控制发展成为闭环控制。在数控机床应用领域,永磁式直流电动机占据统治地位,其控制电路简单,无励磁损耗,低速性能好。80年代以来,随着电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控制技术及计算机技术的快速发展,大大推动了交流伺服驱动技术,使交流伺服系统性能日渐提高,与其相应的伺服传动装置也经历了模拟式、数模混合式和全数字化的发展历程。90年代开环伺服系统迅速被交流伺服所取代。进入21世纪,交流伺服系统越来越成熟,市场呈现快速多元化发展,国内外众多品牌进入市场竞争。目前交流伺服技术已成为工业自动化的支撑性技术之一。伺服系统的发展趋势:数字化交流伺服系统的应用越来越广,用户对伺服驱动技术的要求越来越高。总的来说,伺服系统的发展趋势可以概括为以下几个方面:。从目前国际市场的情况看,几乎所有的新产品都是AC伺服系统。在工业发达国家,AC伺服电机的市场占有率已经超过80%。在国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多,正在逐步地超过生产DC伺服电机的厂家。可以预见,在不远的将来,除了在某些微型电机领域之外,交流伺服电机将完全取代直流伺服电机。(DSP)的伺服控制单元将全面代替以模拟电子器件为主的伺服控制单元,从而实现完全数字化的伺服系统。全数字化的实现,将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制,从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法(如:最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等)成为可能。,伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件,主要有大功率晶体管(GTR)、功率场效应管(MOSFET)和绝缘门极晶体管(IGBT)等。这些先进器件的应用显著地降低了伺服单元输出回路的功耗,提高了系统的响应速度,降低了运行噪声。尤其值得一提的是,最新型的伺服控制系统已经开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一起的新型模块,称为智能控制功率模块(IntelligentPowerModules,简称IPM)。这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。其输入逻辑电平与TTL信号完全兼容,与微处理器的输出可以直接接口。它的应用显著地简化了伺服单元的设计,并实现了伺服系统的小型化和微型化。,代之以单一的、高度集成化、多功能的控制单元。同一个控制单元,只要通过软件设置系统参数,就可以改变其性能,既可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环调节系统,又可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度的全闭环调节系统。高度的集成化还显著地缩小了整个控制系统的体积,使得伺服系统的安装与调试工作都得到了简化。,伺服驱动系统作为一种高级的工业控制装置当然也不例外。最新数字化的伺服控制单元通常都设计为智能型产品,它们的智能化特点表现在