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詳述伺服系統的發展過程

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詳述伺服系統的發展過程

發布日期:2018-01-23 作者:歐宇電氣 點擊:

1.1 直流伺服技術

  伺服系統的發展經曆了由液壓到電氣的過程。電氣伺服系統根據所驅動的電機類型分為直流(DC)伺服系統和交流(AC)伺服系統。50年代,無刷電機和直流電機實現了産品化,并在計算機外圍設備和機械設備上獲得了廣泛的應用。70年代則是直流伺服電機的應用最為廣泛的時代。


1.2 交流伺服技術

  從70年代後期到80年代初期,随着微處理器技術、大功率高性能半導體功率器件技術和電機永磁材料制造工藝的發展及其性能價格比的日益提高,交流伺服技術—交流伺服電機和交流伺服控制系統逐漸成為主導産品。交流伺服驅動技術已經成為工業領域實現自動化的基礎技術之一,并将逐漸取代直流伺服系統。

  交流伺服系統按其采用的驅動電動機的類型來分,主要有兩大類:永磁同步(SM型)電動機交流伺服系統和感應式異步(IM型)電動機交流伺服系統。其中,永磁同步電動機交流伺服系統在技術上已趨于完全成熟,具備了十分優良的低速性能,并可實現弱磁高速控制,拓寬了系統的調速範圍,适應了高性能伺服驅動的要求。并且随着永磁材料性能的大幅度提高和價格的降低,其在工業生産自動化領域中的應用将越來越廣泛,目前已成為交流伺服系統的主流。感應式異步電動機交流伺服系統由于感應式異步電動機結構堅固,制造容易,價格低廉,因而具有很好的發展前景,代表了将來伺服技術的方向。但由于該系統采用矢量變換控制,相對永磁同步電動機伺服系統來說控制比較複雜,而且電機低速運行時還存在着效率低,發熱嚴重等有待克服的技術問題,目前并未得到普遍應用。

  系統的執行元件一般為普通三相鼠籠型異步電動機,功率變換器件通常采用智能功率模塊IPM。為進一步提高系統的動态和靜态性能,可采用位置和速度閉環控制。三相交流電流的跟随控制能有效地提高逆變器的電流響應速度,并且能限制暫态電流,從而有利于IPM的安全工作。速度環和位置環可使用單片機控制,以使控制策略獲得更高的控制性能。電流調節器若為比例形式,三個交流電流環都用足夠大的比例調節器進行控制,其比例系數應該在保證系統不産生振蕩的前提下盡量選大些,使被控異步電動機三相交流電流的幅值、相位和頻率緊随給定值快速變化,從而實現電壓型逆變器的快速電流控制。電流用比例調節,具有結構簡單、電流跟随性能好以及限制電動機起制動電流快速可靠等諸多優點。


1.3 交直流伺服技術的比較

  直流伺服驅動技術受電機本身缺陷的影響,其發展受到了限制。直流伺服電機存在機械結構複雜、維護工作量大等缺點,在運行過程中轉子容易發熱,影響了與其連接的其他機械設備的精度,難以應用到高速及大容量的場合,機械換向器則成為直流伺服驅動技術發展的瓶頸。

  交流伺服電機克服了直流伺服電機存在的電刷、換向器等機械部件所帶來的各種缺點,特别是交流伺服電機的過負荷特性和低慣性更體現出交流伺服系統的優越性。所以交流伺服系統在工廠自動化(FA)等各個領域得到了廣泛的應用。

  從伺服驅動産品當前的應用來看,直流伺服産品正逐漸減少,交流伺服産品則日漸增加,市場占有率逐步擴大。在實際應用中,精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服産品已經成為主流産品。


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