伺服电机控制技术相关研究*

张 泉 ， 白继刚

（1.包头长安永磁电机有限公司，内蒙古 包头 014030；2.内蒙古自治区先进永磁电机及其控制技术企业重点实验室，内蒙古 包头 014030）

伺服电机控制技术主要是在伺服系统中控制机械元件进行运转的发动机，以达到提高控制速度、增强位置精度的效果，将电压信号转化为转速和转矩，以驱动控制对象。伺服电机有着时间常数小、线性度高等多种优势，尤其是随着先进技术的发展、智能技术的使用，伺服电机控制技术表现出自动化、智能化趋势，优势更加突出，可以支持工业生产技术的精细化发展，进一步提升了该技术的运行性能，有利于提升机械生产效率[1]。近年来，在工业领域内，伺服电机控制技术的应用越来越广泛，应用效果极为理想。因此，开展针对伺服电机控制技术的深入研究，具有十分重要的意义。

1 伺服电机控制技术的内涵

在制造业发展过程中，伺服电机控制是一项常用的智能化控制技术，可配合机械产品制造过程的动态化运转，对设备进行全过程管理，有效记录被控制对象的连续化动作特性。当有异常现象时，该技术能够将数据及时反映在显示控制系统当中。伺服控制技术的自动控制机理主要是指：通过设备内的各种传感器、控制器等机械媒介，有效控制物体，故该技术被广泛应用于对精度要求很高的机械制造领域及其生产环节中[2]。当前，我国工业生产领域中常用的伺服系统分为两种，第一种为电气伺服系统，具有操作便捷、安全性高等特点。第二种为电液伺服系统，该系统主要以电机为载体进行驱动提供动力，可精准判断并反应机械控制指令，刚性好，输出速度较为平稳，但在运转时会产生较大的噪声。在使用伺服控制技术完成工业生产活动的过程中，针对两种不同类型的伺服系统进行分析研究，判断何种伺服系统更能满足当代工业高精度生产要求，可充分发挥其各自的职能，促进工业领域的可持续发展[3]。数控系统的引入，进一步提升了该技术的应用价值，提高了伺服系统的性能，包括内部的处理器设备也在不断升级，使得其计算性能更加精确，可以缩短机械生产过程所用的时间，提高生产效率，进而提升企业的收益。

2 伺服电机控制技术的应用

2.1 控制精准度

近年来，随着信息化、数字化技术的快速发展，伺服电机控制技术也得到了进一步的优化与改良，大量的先进技术应用于伺服电机控制领域中。伺服电机控制技术可促使机械生产数据呈现极高的细节化、全面化特点，同时可控制交流伺服，确保拥有高精度的控制成效，进而保障产品的质量[4]。

2.2 过载能力

由于步进电机并未设置过载性能，且交流伺服电机有着极强的速度过载能力与转矩过载能力。通过使用交流伺服电机，可克服机械在启动时所产生的惯性力矩，解决机械在实际运用时容易出现的力矩浪费的问题[5]。因此，相关科研工作者下一步研究的重点应当放在持续探究改进电机力矩的有效方式上。

2.3 伺服电机控制方法

伺服控制系统是一种先进的数控化模式，通过系统内部模拟量输入与脉冲频率等相关技术可控制伺服电机的转动速度以及转动角度，提高系统定位精准度。尤其是针对光纤设备等多类材质，具有一定的敏感性，对受力也有着严格的要求，可保护好光纤内部信号传输材质[6]。

2.4 伺服控制系统

伺服控制系统有不同类型，各有各的优势。一是开环伺服系统，开环伺服系统属于基础性结构，特点在于结构简单，便于运维调试，系统内部设有设置物体运动记录反馈的回路，整体性能稳定，成本也较低，不需要检测反馈装置。此时，如果某个流程或者设备出现错误，系统会给出脉冲指令，对这个错误进行自动化处理和修正，并将之反馈给控制中心，由控制中心及时安排技术人员进行处理。该系统主要依靠步进电动机运行，所以其步距角精度等会对系统精度产生一定的影响。因此，针对某些生产精度要求不高的设备，应尽量选用步进电机[7]。二是半闭环伺服系统，该系统主要设备有无刷旋转变压器以及发电机（测量速度），前者内部有先进的脉冲编码器，不易受外界的影响，可以保证机械传动的精确控制。在数控机床等精度要求高的生产领域，一般都选择半闭环伺服系统。三是全闭环伺服系统，该系统结构复杂，设备安装和调试也比较麻烦，主要设备有驱动放大器、机械传动装置、直线位移测量装置、直流和交流电动机等。整体运作环节也比较复杂，虽可以准确检测到生产过程中机床的移动数据，如有异常数据会反馈给控制中心，及时调整和纠正。但该系统性能不太稳定，主要是机械传动装置内部存在变化的摩擦力和刚度，对于系统运行有很大影响。

3 伺服电机控制技术的发展前景

3.1 充分融合信息技术展开精准数控工作

信息技术可极大地促进工业的优化与改革，同时在机械生产过程中，信息技术和伺服电机技术的融合将发挥不容忽视的应用价值。控制系统的自动化、智能化发展，也将使得数据呈现更加高效、精准的状态，真正提升我国工业机械生产技术水平。基于此，需坚持融合信息技术，彰显伺服控制系统的应用优势，全面升级并改造数控加工技术，提高计算机智能化数字整合技术的应用效率，对机械设备操作生产的全过程展开运行监测，减少生产中的人为失误，减少作业人员和大型机械的接触，维护作业人员的人身安全，规避以往生产时产生的各类问题，有效降低机械制造过程中产生风险的概率[8]。

3.2 降低生产成本

在工业机械生产过程中，需要耗费大量的资源。为有效缓解我国环境资源压力，确保工业机械生产效益，在计算机IT编程软件的操控下，需要不断创新并升级伺服控制系统。与传统人工操作相比，我们可以明显发现，伺服控制系统交流电机无刷结构具有机械转速快、体积小、精度高等多种优势，有利于节约原材料，更符合当代工业生产的精细化要求[9]。基于此，针对伺服电机控制技术的应用问题需进行深层次研究，将其广泛应用于工业生产领域，充分凸显伺服电机控制技术的职能，促进我国工业产业的可持续发展。

3.3 无线信息化

实践证明，以IP技术为载体可充分凸显伺服控制系统驱动控制器的优势，提高机械功率，为人类带来全新的视觉体验。当代高像素摄影机也是基于伺服控制系统而进行升级和优化的产物，拥有着更高的分辨率，让人们产生身临其境的感觉。我国科研人员也在持续探究构建完整伺服控制系统的有效路径，希望能够将智能Wi-Fi无线通信功能融入伺服控制系统当中，对控制系统展开无线化监控。在出现某些问题时，可运用Wi-Fi的定位功能，辅助厂家精准捕捉系统问题，及时完成修复处理工作。

在网络无线信号连接的实际应用当中，也可充分彰显伺服控制系统的精准度，通过发挥互联网全局监控反馈职能，工作人员仅需处理有待解决的问题，及时发挥高效数控系统的职能，调整管理机械生产操作流程，使得生产流水线呈现更加规范的状态，最终确保生产工作有序开展。

3.4 机电一体化

在伺服控制系统中引入人工智能、大数据分析等技术，支持实现机电一体化，可以解决设备运维存在的问题，保证设备运行的稳定性和生产效率。随着网络通信、远程控制等新兴技术的不断发展，借助智能化技术也能实现机电一体化发展。比如，某大型制造企业，针对某个生产现场，可以建立远程集控中心，负责管理该现场所有的电气设备，重点监管正在运行的设备，这样可以保障生产效率。智能化技术的应用是为了实现对多个设备的同时、实时、远程控制，这样可以提升机电一体化的运维水平，减少人力的支出，降低运维成本[10-11]。智能控制技术可以收集运行现场传输出的信息数据，集中到一起形成数据库，为每个设备、每个机电一体化体系等建立实时的数据库，实现数据信息的实时更新，这样不仅可以实时处理问题，而且方便后期数据的查询。当然，借助智能化控制技术进行实时监督还可以进行趋势分析、实时报警等，实现无人运维。

电机的主要功能在于可以将电能转化为机械能，目前已经得到了十分广泛的应用。电力电子技术的快速发展，推动了电机功能的多样化，同时也进一步提高了电机的智能化水平，推动了硬件伺服控制系统向软件伺服控制系统的转变，还提升了伺服系统的运行性能。其主要特点和优势在于用户能够操控编程，并且还可以实现操作便捷的有效扫描。电机控制专用集成电路具有设计与生产效率高、功耗低、自重轻以及体积小等优势。在伺服电机控制技术的未来发展中，将会进一步融合催化加工技术。交流伺服电机稳定性强、故障概率低，交流伺服系统由于优势十分显著，目前已经在很多领域都得到了广泛应用，逐渐取代了直流伺服系统，同时借助硬件设备控制替代了传统的软件应用控制，这将成为未来伺服电机控制技术发展的主流方式之一。总之，在未来，随着科学技术水平的提升，将会不断推动伺服电机控制技术的发展，使得技术更加完善，应用效果与应用范围也将进一步拓展，在推动社会经济发展的过程中发挥更大的作用。

4 结束语

综上所述，在我国工业生产领域，伺服电机控制技术具有不容忽视的作用。伺服电机可控制速度、确保位置精准度，将电压信号转化为转矩和转速，控制驱动对象。基于伺服电机控制技术的实际优势，相关人员在应用该技术时应进行综合分析，精准把握伺服控制技术的使用要点，彰显伺服控制技术的价值，使其能够更好地为我国的社会主义现代化建设服务。