伺服電機控制技術相關研究*

張 泉 ， 白繼剛

（1.包頭長安永磁電機有限公司，內蒙古 包頭 014030；2.內蒙古自治區先進永磁電機及其控制技術企業重點實驗室，內蒙古 包頭 014030）

伺服電機控制技術主要是在伺服系統中控制機械元件進行運轉的發動機，以達到提高控制速度、增強位置精度的效果，將電壓信號轉化為轉速和轉矩，以驅動控制對象。伺服電機有著時間常數小、線性度高等多種優勢，尤其是隨著先進技術的發展、智能技術的使用，伺服電機控制技術表現出自動化、智能化趨勢，優勢更加突出，可以支持工業生產技術的精細化發展，進一步提升了該技術的運行性能，有利于提升機械生產效率[1]。近年來，在工業領域內，伺服電機控制技術的應用越來越廣泛，應用效果極為理想。因此，開展針對伺服電機控制技術的深入研究，具有十分重要的意義。

1 伺服電機控制技術的內涵

在制造業發展過程中，伺服電機控制是一項常用的智能化控制技術，可配合機械產品制造過程的動態化運轉，對設備進行全過程管理，有效記錄被控制對象的連續化動作特性。當有異常現象時，該技術能夠將數據及時反映在顯示控制系統當中。伺服控制技術的自動控制機理主要是指：通過設備內的各種傳感器、控制器等機械媒介，有效控制物體，故該技術被廣泛應用于對精度要求很高的機械制造領域及其生產環節中[2]。當前，我國工業生產領域中常用的伺服系統分為兩種，第一種為電氣伺服系統，具有操作便捷、安全性高等特點。第二種為電液伺服系統，該系統主要以電機為載體進行驅動提供動力，可精準判斷并反應機械控制指令，剛性好，輸出速度較為平穩，但在運轉時會產生較大的噪聲。在使用伺服控制技術完成工業生產活動的過程中，針對兩種不同類型的伺服系統進行分析研究，判斷何種伺服系統更能滿足當代工業高精度生產要求，可充分發揮其各自的職能，促進工業領域的可持續發展[3]。數控系統的引入，進一步提升了該技術的應用價值，提高了伺服系統的性能，包括內部的處理器設備也在不斷升級，使得其計算性能更加精確，可以縮短機械生產過程所用的時間，提高生產效率，進而提升企業的收益。

2 伺服電機控制技術的應用

2.1 控制精準度

近年來，隨著信息化、數字化技術的快速發展，伺服電機控制技術也得到了進一步的優化與改良，大量的先進技術應用于伺服電機控制領域中。伺服電機控制技術可促使機械生產數據呈現極高的細節化、全面化特點，同時可控制交流伺服，確保擁有高精度的控制成效，進而保障產品的質量[4]。

2.2 過載能力

由于步進電機并未設置過載性能，且交流伺服電機有著極強的速度過載能力與轉矩過載能力。通過使用交流伺服電機，可克服機械在啟動時所產生的慣性力矩，解決機械在實際運用時容易出現的力矩浪費的問題[5]。因此，相關科研工作者下一步研究的重點應當放在持續探究改進電機力矩的有效方式上。

2.3 伺服電機控制方法

伺服控制系統是一種先進的數控化模式，通過系統內部模擬量輸入與脈沖頻率等相關技術可控制伺服電機的轉動速度以及轉動角度，提高系統定位精準度。尤其是針對光纖設備等多類材質，具有一定的敏感性，對受力也有著嚴格的要求，可保護好光纖內部信號傳輸材質[6]。

2.4 伺服控制系統

伺服控制系統有不同類型，各有各的優勢。一是開環伺服系統，開環伺服系統屬于基礎性結構，特點在于結構簡單，便于運維調試，系統內部設有設置物體運動記錄反饋的回路，整體性能穩定，成本也較低，不需要檢測反饋裝置。此時，如果某個流程或者設備出現錯誤，系統會給出脈沖指令，對這個錯誤進行自動化處理和修正，并將之反饋給控制中心，由控制中心及時安排技術人員進行處理。該系統主要依靠步進電動機運行，所以其步距角精度等會對系統精度產生一定的影響。因此，針對某些生產精度要求不高的設備，應盡量選用步進電機[7]。二是半閉環伺服系統，該系統主要設備有無刷旋轉變壓器以及發電機（測量速度），前者內部有先進的脈沖編碼器，不易受外界的影響，可以保證機械傳動的精確控制。在數控機床等精度要求高的生產領域，一般都選擇半閉環伺服系統。三是全閉環伺服系統，該系統結構復雜，設備安裝和調試也比較麻煩，主要設備有驅動放大器、機械傳動裝置、直線位移測量裝置、直流和交流電動機等。整體運作環節也比較復雜，雖可以準確檢測到生產過程中機床的移動數據，如有異常數據會反饋給控制中心，及時調整和糾正。但該系統性能不太穩定，主要是機械傳動裝置內部存在變化的摩擦力和剛度，對于系統運行有很大影響。

3 伺服電機控制技術的發展前景

3.1 充分融合信息技術展開精準數控工作

信息技術可極大地促進工業的優化與改革，同時在機械生產過程中，信息技術和伺服電機技術的融合將發揮不容忽視的應用價值。控制系統的自動化、智能化發展，也將使得數據呈現更加高效、精準的狀態，真正提升我國工業機械生產技術水平。基于此，需堅持融合信息技術，彰顯伺服控制系統的應用優勢，全面升級并改造數控加工技術，提高計算機智能化數字整合技術的應用效率，對機械設備操作生產的全過程展開運行監測，減少生產中的人為失誤，減少作業人員和大型機械的接觸，維護作業人員的人身安全，規避以往生產時產生的各類問題，有效降低機械制造過程中產生風險的概率[8]。

3.2 降低生產成本

在工業機械生產過程中，需要耗費大量的資源。為有效緩解我國環境資源壓力，確保工業機械生產效益，在計算機IT編程軟件的操控下，需要不斷創新并升級伺服控制系統。與傳統人工操作相比，我們可以明顯發現，伺服控制系統交流電機無刷結構具有機械轉速快、體積小、精度高等多種優勢，有利于節約原材料，更符合當代工業生產的精細化要求[9]。基于此，針對伺服電機控制技術的應用問題需進行深層次研究，將其廣泛應用于工業生產領域，充分凸顯伺服電機控制技術的職能，促進我國工業產業的可持續發展。

3.3 無線信息化

實踐證明，以IP技術為載體可充分凸顯伺服控制系統驅動控制器的優勢，提高機械功率，為人類帶來全新的視覺體驗。當代高像素攝影機也是基于伺服控制系統而進行升級和優化的產物，擁有著更高的分辨率，讓人們產生身臨其境的感覺。我國科研人員也在持續探究構建完整伺服控制系統的有效路徑，希望能夠將智能Wi-Fi無線通信功能融入伺服控制系統當中，對控制系統展開無線化監控。在出現某些問題時，可運用Wi-Fi的定位功能，輔助廠家精準捕捉系統問題，及時完成修復處理工作。

在網絡無線信號連接的實際應用當中，也可充分彰顯伺服控制系統的精準度，通過發揮互聯網全局監控反饋職能，工作人員僅需處理有待解決的問題，及時發揮高效數控系統的職能，調整管理機械生產操作流程，使得生產流水線呈現更加規范的狀態，最終確保生產工作有序開展。

3.4 機電一體化

在伺服控制系統中引入人工智能、大數據分析等技術，支持實現機電一體化，可以解決設備運維存在的問題，保證設備運行的穩定性和生產效率。隨著網絡通信、遠程控制等新興技術的不斷發展，借助智能化技術也能實現機電一體化發展。比如，某大型制造企業，針對某個生產現場，可以建立遠程集控中心，負責管理該現場所有的電氣設備，重點監管正在運行的設備，這樣可以保障生產效率。智能化技術的應用是為了實現對多個設備的同時、實時、遠程控制，這樣可以提升機電一體化的運維水平，減少人力的支出，降低運維成本[10-11]。智能控制技術可以收集運行現場傳輸出的信息數據，集中到一起形成數據庫，為每個設備、每個機電一體化體系等建立實時的數據庫，實現數據信息的實時更新，這樣不僅可以實時處理問題，而且方便后期數據的查詢。當然，借助智能化控制技術進行實時監督還可以進行趨勢分析、實時報警等，實現無人運維。

電機的主要功能在于可以將電能轉化為機械能，目前已經得到了十分廣泛的應用。電力電子技術的快速發展，推動了電機功能的多樣化，同時也進一步提高了電機的智能化水平，推動了硬件伺服控制系統向軟件伺服控制系統的轉變，還提升了伺服系統的運行性能。其主要特點和優勢在于用戶能夠操控編程，并且還可以實現操作便捷的有效掃描。電機控制專用集成電路具有設計與生產效率高、功耗低、自重輕以及體積小等優勢。在伺服電機控制技術的未來發展中，將會進一步融合催化加工技術。交流伺服電機穩定性強、故障概率低，交流伺服系統由于優勢十分顯著，目前已經在很多領域都得到了廣泛應用，逐漸取代了直流伺服系統，同時借助硬件設備控制替代了傳統的軟件應用控制，這將成為未來伺服電機控制技術發展的主流方式之一。總之，在未來，隨著科學技術水平的提升，將會不斷推動伺服電機控制技術的發展，使得技術更加完善，應用效果與應用范圍也將進一步拓展，在推動社會經濟發展的過程中發揮更大的作用。

4 結束語

綜上所述，在我國工業生產領域，伺服電機控制技術具有不容忽視的作用。伺服電機可控制速度、確保位置精準度，將電壓信號轉化為轉矩和轉速，控制驅動對象。基于伺服電機控制技術的實際優勢，相關人員在應用該技術時應進行綜合分析，精準把握伺服控制技術的使用要點，彰顯伺服控制技術的價值，使其能夠更好地為我國的社會主義現代化建設服務。