伺服电机的应用及技术控制措施研究

2019-07-12马永红

探索科学(学术版) 2019年7期

马永红

重庆德新机器人检测中心有限公司重庆 400714

1 引言

在目前我国经济飞速发展以及各项科学技术在快速进步的同时，伺服电机在各个领域中的应用也在不断增多，同时也对伺服电机控制技术的应用提出了更高的要求。在目前以电机为核心的伺服电机控制技术中，其主要的作用就是将电能向机械能进行转化，同时也在向数字化和智能化的方向发展，以满足现代化社会发展对更高的数控系统计算处理能力的要求。为此，本文就对伺服电机控制技术的应用以及未来发展前景进行阐述。

2 伺服控制系统的内涵

在目前现代信息化技术的不断发展中推动了伺服电控技术的发展，以及伺服电控系统的在各个行业中的应用。而此种系统属于自控系统的类型，也是一种负反馈系统，或者被称为动态隧动系统，就是会随着给定信号的不同而发生控制对象的改变。在此系统中比较重要的几个部分主要有受控体、执行器、控制器以及传感器等。其中的受控体就是被控物件，而功率放大器和马达共同组成了执行器。目前此系统按照不同的执行元件主要分为电气伺服系统和电液伺服系统两种。其中前者的可靠性和稳定性比较好，也便于进行维修和保养。而后者的特点就是采用电液脉冲马达作为驱动中心，表现出具有较高的反应灵敏性、较好的刚性以及较小的时间常数等特点，且由于具有较小的速度起伏变化而具有运行稳定的特点。但是此种类型的伺服系统在运行中容易出现较大的噪音以及发生漏油的问题。而伺服系统按照反馈方式的不同还可以分为多种不同的类型，主要有脉冲数字比较、幅值比较或者是相位比较、全数字伺服系统等。

本文中的主要研究是按照不同的控制理论来对伺服系统进行分类，主要分为以下三种类型：一是开环伺服系统。此种系统的内部不存在运动反馈的控制回路和检测的反馈装置，具有工作稳定以及较低成本、结构简单、调试维护简单等优点。在此系统中主要的驱动部件就是步进电动机，在此系统的应用中步距角、机械传动等精度会对此系统的精度造成影响，比较适合在精度和速度要求不高的设备中应用。二是半闭环伺服系统。此种系统的主要构成有无刷旋转变压器以及测量速度的发电机。其中的变压器中由于使用了脉冲编码器，因此不会受到非线性因素的影响，而且由于将检测位置和速度的器件安装在电机轴或丝杆上，可以收集其信号进行反馈，实现系统的机械传动机制。因此此种系统比较适合在数控机床中应用，也就是需要在具有偏低精度要求的机械转动装置中应用。同时为了提升其加工精度，可以应用数控装置来发挥其内部的误差补偿功能以及间隙补偿功能。三是全闭环伺服系统。此系统的主要构成有比较环节、伺服驱动放大器、机械传动装置以及电动机和直线位移测量装置等。其中的驱动部分主要就是可以对机床运动部件的移动量进行监测、反馈与修正。而且在对机床部件进行测量时，可以通过具有较高精度的全闭环控制位置系统，以及在工作台上安装的光棚或感应同步器等来实现加工精度的提升。但是此种系统运行中容易受到非线性因素的影响，而且具有较为复杂的安装和调试过程。

3 伺服电机控制技术的应用

首先是其低频特性的应用。在应用伺服电控技术进行低速运转的过程中，容易导致步进电机运行中的低频振动问题，而由于电机空载时的起跳频率为振动频率的2倍，容易由于上述问题而影响设备的正常运行，为此就需要通过阻尼技术来对上述问题进行控制。也就是在电机中进行阻尼器或驱动器的设置，通过其中的细分技术实现控制。通过此类伺服电机的应用，表现出在低速运转时稳定性的提高，不仅可以通过其自带的共振功能来弥补其机械刚性的不足，而且也可以通过其频率解析功能来监测机械共振点，避免出现共振问题。

然后来分析一下精准度的应用。在电机轴后方进行旋转编码器的安装之后可以控制交流伺服电机的精确度。以2000线编码器为标准的全数字交流伺服电机，如果采用四倍频技术的驱动器，其脉冲量为0.045°。而如果采用17位编码器，则可以接收131072个脉冲为周期，电动机转动一圈的脉冲量为0.0027466°。

4 伺服电机控制技术的发展前景

在目前的企业中对伺服电机进行设计和应用时主要的形势就是通过电机来对专用集成电路进行控制，而且主要是应用复杂可编程逻辑器件和现场可编程逻辑阵列等软件来实现。在对上述技术进行应用时，就需要结合不同的用户和电子系统的要求进行集成电路的设计，而且通过此电路来满足操作边界的扫描，实现用户可以在现场进行编程操控等操作。同时上述电路的设计以及生产时间也比较短，这主要是由于用户要求和数量比较少。此种电路与通用电路相比还表现出具有较轻的重量和较小的体积、以及较低的成本和功耗、较高的质量等优点，同时此技术还会对电机控制MCU设计以及电机控制DSP设计等方面有所体现。在上世纪80年代中末期，此技术与催化加工技术进行结合并取得了较大的应用，而且此技术在数控系统中的应用越来越广泛，实现了对直流伺服系统的替代，也成为未来的主要发展方向。同时在此技术的应用中也与目前先进的计算机技术进行结合来向数字化和微处理器等方向发展，提升了其可靠性和柔性、降低了伺服系统的调试功能复杂程度、提升了其精度，推动此技术向智能化、系统化以及数字化等方向发展。