探讨永磁同步电机伺服控制关键技术

张继鹏 白继刚 张泉

摘 要 随着现代化进程的不断加快，国家的工业现代化建设也逐渐加快了速度。各种工业设备的现代化发展是实现制造工业现代化的基础环节，这将直接关系到我国的现代化发展规模和速度。伺服控制系统是实现机械运动的最直接控制要素。它通过对电机内部结构的精细化控制，极大程度的决定了电机的使用性能。本文通过对永磁同步电机的工作原理进行简要介绍，重点对伺服控制技术在电机工作中的应用加以探讨，从而进一步推動我国现代工业机械化的智能化水平。

【关键词】永磁同步电机 伺服控制技术 工业智能化

进入新世纪以来，各种制造行业实现了突破性的发展。随着现代信息技术水平的不点更新，工业制造行业与计算机微电子等方向进行了有机的融合，从而使得现代工业实现了低投高产的巨大经济效益。电机作为机械运行的中枢环节，对机械性能有着最为直接的影响。永磁同步电机作为现代机械中较为高端的服务电机，结合以伺服控制技术，实现了对电机内部运行的精细化控制，极大的促进了电机的使用性能，成为各个国家的现代先进制造行业中的核心技术。

1 伺服系统简介

1.1 伺服系统基本构成和工作原理

伺服系统实际上是一种对机械工作过程实现精细化控制的反馈控制系统，但多用于对机械的运动矢量进行控制，例如位移点、位移速度与加速度变化过程。该技术采用数字化交流正弦波控制和最优PID算法完成PWM控制过程，按预定控制要求进行数据处理，进而对机械位移过程进行准确的跟踪和实时监测。作为反馈控制系统中的一员，其基本组成结构仍然符合反馈控制系统的要求和特点。

伺服控制系统本身不具有多样性，但其主要应用在机电一体化的控制环节中，因而具有了多样化的特点。

1.2 当下伺服系统应用现状

现代交流伺服系统的发展历程快速，经历了从数据模拟到全数字化的完美转变，数字控制环已经在换相、电流和位置控制等伺服系统中得到了广泛的应用。高性能的DSP和FPGA以及IR推出的伺服系统专用引擎也在国际市场上频繁的出现，因此，尽管伺服系统作为现代制造工业的高端系统设备，在市场上的显现证明了发展的良好态势。

2 永磁同步电机伺服控制特点

电机驱动中一般分为转台伺服驱动和线性伺服驱动，中间传递误差可以尽可能的被消除，进而实现高精度运转和工作。在永磁电机伺服系统控制环节中，一般分为10个单元：整流电源是电机运行的动力基础，在其内部，有电流传感器、编码器、位置调节器、速度调节器、电流调节器、空间矢量调节系统和坐标转换调节系统。在预设环节，程序对电流强弱和通路进行控制，经过编码器的识别形成机械语言，传递给运动矢量调节器（位移控制器和速度控制器），此时电流数据出现新的变化，电流调节器开始发挥作用，将机械语言再次转化为外界空间语言对机械操作进行“监控”和反馈，从而实现整个机械通路的工作。

根据市场监测统计数据进行分析可以发现，国际伺服产品每隔五年左右就会进行换代更新，新的软件算法也在日新月异的发展，使永磁电机发展出现了新的趋势。

2.1 一体化和集成化提高

永磁电动机与伺服系统有机结合的纵向一体化发展成为当前小功率伺服系统的发展趋势之一。这种集合了驱动和通讯的电动机也被称为智能化电机，从而将驱动和控制紧密的联系在了一起，将电机设计、制造和运行维护都紧密的融为一体。但永磁同步电机和伺服系统结合难度大，其中有许多技术方面都存在着挑战，因此在实际运行中，很难在市场中占据主流地位。

2.2 通用化程度提高

现代工程施工和加工操作的环境多样，对机械的需求样式也在增多，不同的电动机规格对制造成本有着很大的影响。伺服系统中可以配置大量的参数和菜单执行功能，使用户方便对电动机的矢量进行调节控制，不同类型的电动机本身还可以通过伺服系统使自身反馈构成半闭环控制系统或全闭环控制系统，扩大电动机的适用范围。

2.3 高性能化指标提高

现代伺服控制技术大多具备参数记忆和故障自诊断功能，对不同型号的永磁电动机可以进行自动识别和调整，将测点进行编码器归位，电子齿轮运转时的自动跟踪也会对输入的电流进行适时调配，每秒百万脉冲级的采样精度设计和数据位数设计、DSP分析速度的提升以及无齿槽效应的配合使用，从而在实现电机内部结构小型化和轻量化的同时，对电机运转和工作的指标得以提高。

3 结语

工业化是现代社会发展的重要标志，也是实现未来国家发展的直接动力。信息化水平的不断提高，使现代工业的发展呈现出智能化趋势。永磁同步电机伺服系统反馈控制技术作为高新技术产业中的一项重要成果，对未来机械制造产业的发展具有非常大的潜力。因此，要积极对机电一体化相关技术进行探究，尽快实现我国机械制造业的智能化发展。

参考文献

[1]中国电力出版社编辑委员会.中国电力百科全书[M].中国电力出版社，1995.

[2]龙驭球，刘光栋，唐锦春.中国土木建筑百科辞典[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[3]贾立辉，郑申白，张荣华.模糊PID控制的异步电机矢量调速系统仿真[J].微特电机，2008（7）：P47-P49.

[4]包晓明.基于DSP的无刷直流电机模糊PI控制系统研究[D].江苏大学，2007.

作者简介

张继鹏（1971-），男，硕士研究生学历。现为包头市永磁电机研究所高级工程师。研究方向为稀土永磁电机及其控制。

作者单位

1.包头市永磁电机研究所 内蒙古自治区包头市 014030

2.包头长安永磁电机有限公司 内蒙古自治区包头市 014030