伺服电机在自动化系统中的应用研究

苏书忍

摘 要：文章在对伺服电机的结构组成进行介绍之后，总结在自动化系统中所用伺服电机的特点以及优点，通知实例来介绍自动化控制系统中伺服电机的应用情况以及未来的发展趋势，以供参考。

关键词：伺服电机;自动化系统;应用

1引言

在目前现代化电机控制理论不断发展进步的同时，人们对于伺服电机的应用也更加广泛和深入，尤其是在目前工業生产中的自动化水平在不断提高的同时，在自动化系统中应用伺服电机已经成为目前的必然发展趋势。而且随着伺服电机在其中的应用，也实现驱动、电力电子元件以及控制的一体化，而且伴随着相应材料技术以及微电子、控制技术的快速发展，也推动此技术在向数字化、智能化方向发展。

2伺服电机概述

在伺服系统中，伺服电机主要起到辅助马达进行变速的作用，也就是对机械元件的运转进行控制的发动机，通过此类伺服电机的应用，可以确保位置的精度以及对速度的准确控制。在目前的工业生产中比较常用的交流伺服电动机主要由转子和定子两大部分组成，而且其中的转子也分为鼠笼型和非磁性杯型两种形式。对于后一种类型的转子所构成的伺服电机来说，其内定期由环形的钢片叠加而成，其中不存在绕组。而外定子的类型则与鼠笼型转子相同，其主要有转子绕组、铁芯以及转轴等部分组成。由于后一种类型的伺服电机在运行中由于具有较大的内外定向间隙而存在较大的励磁电流，降低电机的利用率，因此通常在某些特殊的场合下应用。而鼠笼型的伺服电机则在工业生产中比较常用。无论是何种伺服电机，在其内部的旋转磁场对转子导条进行切割时会产生感应电流和电势，通过其与旋转磁场的相互作用而产生转矩和力，这就会推动转子沿着旋转磁场相同的方向一起转动。

3伺服电机的应用特点及优势

工业生产中常用的交流伺服电机为无刷电机类型，不仅具有较快的相应速度，而且惯量比较小，力矩比较稳定，虽然其控制较为复杂，但是可以实现智能化控制，且在复杂的环境中可以应用。尤其是其中常用的同步电机来说，不仅具有较大的功率范围和惯量，而且具有较高的转速，比较适合在低速平稳运行的场合中应用，表现出具有较高济宁杜以及在低速中输出较大转矩以及存在较宽调速范围等优点。

在目前工业生产中的数字控制系统中比较常用步进电机，所采用的控制方式就是全数字式交流伺服电机或步进电机，此种伺服电机所表现出的优势，首先是表现出较强的过载能力，也就是具有较强的速度过载和转矩过载能力，为了抵消在启动瞬间由惯性负载产生的惯性力矩，需要选择具有较高转矩的电机，因此也减少了设备运行中所需要的转矩。其次是表现出较快响应速度的优点。这主要是由于此种电机具有良好的加速性能，其响应速度只有步进电机的百分之几，比较适合在快速启停的控制场合中应用。最后就是表现出良好的低频特性。也就是由于其具有较高的频率解析机能和已知共振的能力，容易检测出共振点并进行系统的调整，防止出现低频振动问题。

4伺服电机的应用实例

在目前大型工件的复杂曲面加工过程中，通常需要应用大型或中性落地式数控铣镗床来实现五坐标联动和多轴控制，满足此类工件的加工精度要求。而此类数控加工设备在运行中具有1：3000的调速比，对调速性能的要求较高，还要保证在上述调速过程中确保其转矩输出的稳定性。而针对此类加工设备来说，目前我国仍然是以进口为主。为此，就需要对此全数字技术进行深入研究，打破上述技术垄断并推动此类加工设备的国产化，实现大型工件生产成本的降低。

以某落地式数控铣镗床为例，其通过具有全数字化伺服电机的应用，表现出具有较高精度和速度比较稳定的特点，具体地说，其控制精度可以精确到0.01～0.02Hz，甚至可以达到0.0025Hz，而且速度可以控制在0～500Hz的范围之内。而且在对大型工件进行加工的过程中需要进行频繁的起落加工时也不会出现较大的速度波形的起伏现象。此外，其可以在超额输出200%的额定转矩下运行，表现出其他变频器无法实现的能力，而且在此超负荷运行的状况下也可以保证此设备的平稳运行。由此可以看出，通过上述伺服电机在落地式数控铣镗床中的应用，表现出具有平稳的控制速度以及低速大扭矩等良好性能，可以确保大型设备的平稳启动，而且实现超负载性能的提升，表现出广阔的应用前景。

以我厂为例，我们厂里有一套自动化托辊生产线，其运料行走部分是通过伺服电机提供动力，通过此生产线的应用，可以将下好的材料向规定的地方进行准确的运送。在此过程中表现出可以在电机停止时不会产生惯性，能立即停止，而且具有非常小的误差。

在目前我国数字控制系统快速发展的同时，交流伺服电机在目前的半导体制造、加工机械以及部件组装中广泛应用，而且在逐渐代替传统的直流伺服电机。然后由于数字控制系统理论的要求比较高，在目前针对高性能、效率、精度以及高速等方面的研究在不断深入，而且主要的研究目的就是提升其自身性能，所采用的主要方式就是采用每转百万脉冲级别的更高精度的编码器和更高的采用精度。同时还要在人工智能以及应用自适应等方面研究和控制策略应用的同时，不断提升交流伺服电机的指标。此外，在目前分布式控制系统的应用在更加广泛的同时，未来也需要继续深入研究网络化数字交流伺服电机以及模块化数字交流伺服电机，同时也要满足数字控制系统对数据传输同步性、可靠性以及实时性的要求。而且重点对其中的电源、伺服驱动、通讯模块等组合方式和内部硬软件模块化进行开发。

5结语

目前交流伺服电机在工业自动化系统中广泛应用，而且表现出具有较快响应速度且容易实现智能化等优点，尤其是与部件电机相比表现出更高的过载能力、更快的响应速度、以及不会出现低频振动等问题的优点，不仅在实际应用中优势显著，而且在未来的高性能化以及模块化、网络化等发展中展现出广阔的发展前景。

参考文献：

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