關(guān)于永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)研究

郝文莉

【摘 要】科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)的相關(guān)技術(shù)也得到了快速的進(jìn)步。本課題從伺服系統(tǒng)的定義及原理出發(fā)，分析與探討了永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀，并為改進(jìn)相關(guān)技術(shù)提出相應(yīng)的解決對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】永磁同步；電動(dòng)機(jī)；伺服系統(tǒng)

0 引言

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，人類(lèi)歷史上也經(jīng)歷了幾次工業(yè)革命，整個(gè)世界也發(fā)生了翻天覆地的變化。尤其是第二次世界大戰(zhàn)之后，第三次工業(yè)革命的爆發(fā)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展更是進(jìn)入了新的臺(tái)階。世界上的電子電力技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，也大大改變了人類(lèi)的生產(chǎn)方式與生活方式。尤其是隨著永磁材料的出現(xiàn)，電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)的進(jìn)步，讓永磁同步電機(jī)的交流伺服系統(tǒng)得到了普及應(yīng)用，如今在實(shí)際中的應(yīng)用也非常普及。例如激光加工、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、大規(guī)模集成電路制造以及辦公自動(dòng)化設(shè)備，甚至在雷達(dá)軍工控制隨動(dòng)系統(tǒng)等，總的來(lái)說(shuō)對(duì)于高科技的進(jìn)步起到了非常關(guān)鍵的角色。據(jù)相關(guān)調(diào)查，如今隨著現(xiàn)代功率電子技術(shù)、微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)與傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)相比，具有更強(qiáng)的性能，能夠讓電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)得到有效的發(fā)揮。

關(guān)于永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者也做了相關(guān)的探討。彭瑞（2007年）在《永磁同步電機(jī)交流伺服系統(tǒng)的研究》中提到了永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁由永磁體產(chǎn)生，無(wú)勵(lì)磁繞組和滑環(huán)、電刷，具備比較高的效率，同時(shí)也具有較高的功率密度以及較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，包括有著較高的可靠性能高。在研究中，作者也重點(diǎn)探討了DSP TMS320LF2407A和CPLD EPM3128ATC100-10構(gòu)成的控制電路。應(yīng)用匯編語(yǔ)言也逐步實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)在相關(guān)的在硬件平臺(tái)上開(kāi)展了相對(duì)應(yīng)的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有非常好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。辛小南； 賀莉； 王宏洲在《永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)控制策略綜述》中提到了這些年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展較快，文章近些年來(lái)永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的控制策略以及研究方向做了簡(jiǎn)單的綜述。在分析永磁交流伺服系統(tǒng)發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的控制策略詳細(xì)分類(lèi)，分別介紹了經(jīng)典控制策略、現(xiàn)代控制策略、智能控制策略和復(fù)合控制策略，并對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展前景做了展望和預(yù)測(cè)。

1 永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的介紹

1.1 伺服系統(tǒng)定義及工作原理

“伺服”一詞最終來(lái)源于古希臘，開(kāi)始是表示奴隸的意思，如今伺服系統(tǒng)已經(jīng)屬于電動(dòng)機(jī)方面的重要部分。伺服系統(tǒng)，主要體現(xiàn)了執(zhí)行機(jī)構(gòu)依據(jù)一定的控制信號(hào)的規(guī)定進(jìn)行運(yùn)作，在相關(guān)的控制信號(hào)達(dá)到之前，被控制的對(duì)象非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在接受的系統(tǒng)的相關(guān)信號(hào)之后，被控制的對(duì)象就應(yīng)該按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行作業(yè)，在控制信號(hào)慢慢失去只會(huì)，被控制的對(duì)象又可以自動(dòng)停下來(lái)。

伺服系統(tǒng)的主要原理是根據(jù)控制命令相關(guān)規(guī)定，加強(qiáng)對(duì)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)調(diào)控以及放大功率等功能，這樣能夠靈猴有效地控制驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度以及位置等。

1.2 伺服系統(tǒng)的基本特征及要求

一般來(lái)說(shuō)，伺服系統(tǒng)的以下的特點(diǎn)：首先是要具有精準(zhǔn)的檢測(cè)裝備，這樣才能構(gòu)成速度與位置的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其次伺服系統(tǒng)給的反饋方法主要有脈沖比較、相位比較以及幅值比較等三類(lèi)。再次，伺服系統(tǒng)由于要經(jīng)常啟動(dòng)或者制動(dòng)，這樣將會(huì)對(duì)電機(jī)的輸出力矩以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的比值要求比較高。最后在速度伺服系統(tǒng)方面，數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)要求調(diào)速性能也是非常高的，總的來(lái)說(shuō)機(jī)床會(huì)要求伺服系統(tǒng)為較高性能的寬調(diào)速系統(tǒng)等。伺服系統(tǒng)給的要求，首先要具備較高的穩(wěn)定性，也就是在外在因素的干擾之下依然可以在短時(shí)間內(nèi)容進(jìn)行調(diào)節(jié)并恢復(fù)正常的狀態(tài)，其次伺服系統(tǒng)要具備比較高的精度，以及要及時(shí)能夠跟蹤到相關(guān)的指令信號(hào)。

1.3 永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)介紹

目前，國(guó)內(nèi)的交流永磁同步伺服系統(tǒng)，主要是由控制系統(tǒng)、變頻器以及電動(dòng)機(jī)等三者構(gòu)成，與其他交流伺服系統(tǒng)對(duì)比，它的主要區(qū)別是在電動(dòng)機(jī)方面。目前平時(shí)運(yùn)用的永磁同步電動(dòng)機(jī)主要有無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、三相永磁同步電動(dòng)機(jī)等，它們各自有自身的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，例如后者檢測(cè)裝置比較簡(jiǎn)便，成本消耗比較少，但是缺點(diǎn)就是脈動(dòng)力矩相當(dāng)大，這樣會(huì)直接影響伺服系統(tǒng)的最終的工作性能。

2 永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的未來(lái)前景

2.1 數(shù)字化程度更高

21世紀(jì)是信息技術(shù)高速發(fā)達(dá)的社會(huì)，如今各行各業(yè)都開(kāi)始走信息化發(fā)展，信息技術(shù)也快速改變現(xiàn)代人類(lèi)的生產(chǎn)方式與生活方式。永磁同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)就要數(shù)字化程度會(huì)逐步提升，如今國(guó)內(nèi)一些高校也正在研究了單片機(jī)以及DS形成的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)，例如華中科技大學(xué)以及沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)都在這方面做出較前沿的研究。很多企業(yè)的科研機(jī)構(gòu)，也不斷改進(jìn)伺服系統(tǒng)的性能，實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)工作的完全數(shù)字化，進(jìn)一步提高精度以及可靠性，有助于提升實(shí)際的生產(chǎn)效率。

2.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的智能化

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的重要體現(xiàn)。在德國(guó)，工業(yè)發(fā)展速度非常，已經(jīng)走進(jìn)了工業(yè)4.0時(shí)代，主要體現(xiàn)了工業(yè)開(kāi)始走智能化道路。永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)的未來(lái)趨勢(shì)，也是走智能化道路，國(guó)外也開(kāi)始嘗試用機(jī)器人去操作永磁同步電動(dòng)機(jī)，并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。隨著國(guó)外技術(shù)的引進(jìn)，我國(guó)未來(lái)的伺服系統(tǒng)也逐步走智能化道路。

3 總結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，永磁同步電動(dòng)交流伺服系統(tǒng)是現(xiàn)代技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物。本課題概括與總結(jié)了伺服系統(tǒng)的相關(guān)定義、工作原理以及性能特點(diǎn)，同時(shí)闡述了永磁同步電動(dòng)交流伺服系統(tǒng)各類(lèi)型的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，在本課題中，提出了永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)未來(lái)主要走數(shù)字化道路，同時(shí)智能化水平也慢慢提升。

【參考文獻(xiàn)】

[1]辛小南，賀莉，王宏洲.永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)控制策略綜述[J].微特電機(jī)，2010，02：67-70.

[2]陳濤.永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)研究[D].北方工業(yè)大學(xué)，2009.

[3]李敏.交流永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的研究[D].華南理工大學(xué)，2010.

[4]陸南，劉維亭.永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能研究[J].華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，04：50-55.

[5]陳志勇.基于DSP的永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)研究[D].華中科技大學(xué)，2006.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]