伺服電機在自動化系統中的應用研究

蘇書忍

摘 要：文章在對伺服電機的結構組成進行介紹之后，總結在自動化系統中所用伺服電機的特點以及優點，通知實例來介紹自動化控制系統中伺服電機的應用情況以及未來的發展趨勢，以供參考。

關鍵詞：伺服電機;自動化系統;應用

1引言

在目前現代化電機控制理論不斷發展進步的同時，人們對于伺服電機的應用也更加廣泛和深入，尤其是在目前工業生產中的自動化水平在不斷提高的同時，在自動化系統中應用伺服電機已經成為目前的必然發展趨勢。而且隨著伺服電機在其中的應用，也實現驅動、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以及微電子、控制技術的快速發展，也推動此技術在向數字化、智能化方向發展。

2伺服電機概述

在伺服系統中，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進行控制的發動機，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。在目前的工業生產中比較常用的交流伺服電動機主要由轉子和定子兩大部分組成，而且其中的轉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子所構成的伺服電機來說，其內定期由環形的鋼片疊加而成，其中不存在繞組。而外定子的類型則與鼠籠型轉子相同，其主要有轉子繞組、鐵芯以及轉軸等部分組成。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生產中比較常用。無論是何種伺服電機，在其內部的旋轉磁場對轉子導條進行切割時會產生感應電流和電勢，通過其與旋轉磁場的相互作用而產生轉矩和力，這就會推動轉子沿著旋轉磁場相同的方向一起轉動。

3伺服電機的應用特點及優勢

工業生產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，力矩比較穩定，雖然其控制較為復雜，但是可以實現智能化控制，且在復雜的環境中可以應用。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，而且具有較高的轉速，比較適合在低速平穩運行的場合中應用，表現出具有較高濟寧杜以及在低速中輸出較大轉矩以及存在較寬調速范圍等優點。

在目前工業生產中的數字控制系統中比較常用步進電機，所采用的控制方式就是全數字式交流伺服電機或步進電機，此種伺服電機所表現出的優勢，首先是表現出較強的過載能力，也就是具有較強的速度過載和轉矩過載能力，為了抵消在啟動瞬間由慣性負載產生的慣性力矩，需要選擇具有較高轉矩的電機，因此也減少了設備運行中所需要的轉矩。其次是表現出較快響應速度的優點。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的調整，防止出現低頻振動問題。

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控銑鏜床來實現五坐標聯動和多軸控制，滿足此類工件的加工精度要求。而此類數控加工設備在運行中具有1：3000的調速比，對調速性能的要求較高，還要保證在上述調速過程中確保其轉矩輸出的穩定性。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，就需要對此全數字技術進行深入研究，打破上述技術壟斷并推動此類加工設備的國產化，實現大型工件生產成本的降低。

以某落地式數控銑鏜床為例，其通過具有全數字化伺服電機的應用，表現出具有較高精度和速度比較穩定的特點，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。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較大的速度波形的起伏現象。此外，其可以在超額輸出200%的額定轉矩下運行，表現出其他變頻器無法實現的能力，而且在此超負荷運行的狀況下也可以保證此設備的平穩運行。由此可以看出，通過上述伺服電機在落地式數控銑鏜床中的應用，表現出具有平穩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啟動，而且實現超負載性能的提升，表現出廣闊的應用前景。

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

在目前我國數字控制系統快速發展的同時，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，而且在逐漸代替傳統的直流伺服電機。然后由于數字控制系統理論的要求比較高，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的應用在更加廣泛的同時，未來也需要繼續深入研究網絡化數字交流伺服電機以及模塊化數字交流伺服電機，同時也要滿足數字控制系統對數據傳輸同步性、可靠性以及實時性的要求。而且重點對其中的電源、伺服驅動、通訊模塊等組合方式和內部硬軟件模塊化進行開發。

5結語

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

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