探討永磁同步電機伺服控制關鍵技術

張繼鵬 白繼剛 張泉

摘 要 隨著現代化進程的不斷加快，國家的工業現代化建設也逐漸加快了速度。各種工業設備的現代化發展是實現制造工業現代化的基礎環節，這將直接關系到我國的現代化發展規模和速度。伺服控制系統是實現機械運動的最直接控制要素。它通過對電機內部結構的精細化控制，極大程度的決定了電機的使用性能。本文通過對永磁同步電機的工作原理進行簡要介紹，重點對伺服控制技術在電機工作中的應用加以探討，從而進一步推動我國現代工業機械化的智能化水平。

【關鍵詞】永磁同步電機 伺服控制技術 工業智能化

進入新世紀以來，各種制造行業實現了突破性的發展。隨著現代信息技術水平的不點更新，工業制造行業與計算機微電子等方向進行了有機的融合，從而使得現代工業實現了低投高產的巨大經濟效益。電機作為機械運行的中樞環節，對機械性能有著最為直接的影響。永磁同步電機作為現代機械中較為高端的服務電機，結合以伺服控制技術，實現了對電機內部運行的精細化控制，極大的促進了電機的使用性能，成為各個國家的現代先進制造行業中的核心技術。

1 伺服系統簡介

1.1 伺服系統基本構成和工作原理

伺服系統實際上是一種對機械工作過程實現精細化控制的反饋控制系統，但多用于對機械的運動矢量進行控制，例如位移點、位移速度與加速度變化過程。該技術采用數字化交流正弦波控制和最優PID算法完成PWM控制過程，按預定控制要求進行數據處理，進而對機械位移過程進行準確的跟蹤和實時監測。作為反饋控制系統中的一員，其基本組成結構仍然符合反饋控制系統的要求和特點。

伺服控制系統本身不具有多樣性，但其主要應用在機電一體化的控制環節中，因而具有了多樣化的特點。

1.2 當下伺服系統應用現狀

現代交流伺服系統的發展歷程快速，經歷了從數據模擬到全數字化的完美轉變，數字控制環已經在換相、電流和位置控制等伺服系統中得到了廣泛的應用。高性能的DSP和FPGA以及IR推出的伺服系統專用引擎也在國際市場上頻繁的出現，因此，盡管伺服系統作為現代制造工業的高端系統設備，在市場上的顯現證明了發展的良好態勢。

2 永磁同步電機伺服控制特點

電機驅動中一般分為轉臺伺服驅動和線性伺服驅動，中間傳遞誤差可以盡可能的被消除，進而實現高精度運轉和工作。在永磁電機伺服系統控制環節中，一般分為10個單元：整流電源是電機運行的動力基礎，在其內部，有電流傳感器、編碼器、位置調節器、速度調節器、電流調節器、空間矢量調節系統和坐標轉換調節系統。在預設環節，程序對電流強弱和通路進行控制，經過編碼器的識別形成機械語言，傳遞給運動矢量調節器（位移控制器和速度控制器），此時電流數據出現新的變化，電流調節器開始發揮作用，將機械語言再次轉化為外界空間語言對機械操作進行“監控”和反饋，從而實現整個機械通路的工作。

根據市場監測統計數據進行分析可以發現，國際伺服產品每隔五年左右就會進行換代更新，新的軟件算法也在日新月異的發展，使永磁電機發展出現了新的趨勢。

2.1 一體化和集成化提高

永磁電動機與伺服系統有機結合的縱向一體化發展成為當前小功率伺服系統的發展趨勢之一。這種集合了驅動和通訊的電動機也被稱為智能化電機，從而將驅動和控制緊密的聯系在了一起，將電機設計、制造和運行維護都緊密的融為一體。但永磁同步電機和伺服系統結合難度大，其中有許多技術方面都存在著挑戰，因此在實際運行中，很難在市場中占據主流地位。

2.2 通用化程度提高

現代工程施工和加工操作的環境多樣，對機械的需求樣式也在增多，不同的電動機規格對制造成本有著很大的影響。伺服系統中可以配置大量的參數和菜單執行功能，使用戶方便對電動機的矢量進行調節控制，不同類型的電動機本身還可以通過伺服系統使自身反饋構成半閉環控制系統或全閉環控制系統，擴大電動機的適用范圍。

2.3 高性能化指標提高

現代伺服控制技術大多具備參數記憶和故障自診斷功能，對不同型號的永磁電動機可以進行自動識別和調整，將測點進行編碼器歸位，電子齒輪運轉時的自動跟蹤也會對輸入的電流進行適時調配，每秒百萬脈沖級的采樣精度設計和數據位數設計、DSP分析速度的提升以及無齒槽效應的配合使用，從而在實現電機內部結構小型化和輕量化的同時，對電機運轉和工作的指標得以提高。

3 結語

工業化是現代社會發展的重要標志，也是實現未來國家發展的直接動力。信息化水平的不斷提高，使現代工業的發展呈現出智能化趨勢。永磁同步電機伺服系統反饋控制技術作為高新技術產業中的一項重要成果，對未來機械制造產業的發展具有非常大的潛力。因此，要積極對機電一體化相關技術進行探究，盡快實現我國機械制造業的智能化發展。

參考文獻

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作者簡介

張繼鵬（1971-），男，碩士研究生學歷。現為包頭市永磁電機研究所高級工程師。研究方向為稀土永磁電機及其控制。

作者單位

1.包頭市永磁電機研究所 內蒙古自治區包頭市 014030

2.包頭長安永磁電機有限公司 內蒙古自治區包頭市 014030