伺服控制总结

第一篇：伺服控制总结

现代伺服运动控制系统综述 绪论

随着生产力的不断发展，要求交流伺服运动控制系统向数字化、高精度、高速度、高性能方向发展。要充分利用迅速发展的电子和计算机技术，采用数字式伺服系统，利用危机实现调节控制，增强软件控制功能，排除模拟电路的非线性误差和调整误差以及温度飘雨等因素的影响，这可大大提高伺服系统的性能，并为实现最优控制、自适应控制创造条件。控制理论在伺服运动控制系统中的实现和应用，寻求更优良的控制策略对交流伺服系统进行控制是提高其性能的有效途径之一。随着计算机性能的的日新月异，伺服系统的控制手段也向着模糊控制、神经网络等更加智能化的方向发展。在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分，也得到前所未有的大发展，国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。主要有全闭环交流伺服驱动技术、直线电机驱动技术、可编程计算机控制器、国际开放式结构高性能DSP多轴运动控制系统技术、基于现场总线的运动控制技术和运动控制卡能几项具有代表性的新技术。伺服运动控制系统

2.1 伺服系统

伺服技术是以精确运动控制和力能输出为目的，综合运用机电能量变换与驱动控制技术、检测技术、自动控制技术、计算机控制技术等，实现精确驱动与系统控制的工程实用技术。伺服技术与系统是基础自动化系统的最重要的控制技术之一和底层自动化系统（装备）。是现代机电一体化和工业自动化领域的支撑技术之一。

以伺服技术为核心的伺服系统（servo – system）又称随动系统。伺服系统专指被控制量是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。

伺服系统最初用于船舶的自动驾驶、火炮控制和指挥仪中，后来逐渐推广到很多领域，特别是自动车床、天线位置控制、导弹和飞船的制导等。2.2 伺服系统的组成及分类

2.2.1 伺服系统的组成

伺服系统是由被控对象、驱动器、控制器等几个基本部分组成。

被控对象系是指被控制的物体（如机械手臂或一个机械工作平台）；驱动器用来提供被控对象的动力，可能以气压、液压、或是电力驱动的方式呈现，目绝大多数伺服系统采用电力驱动方式，驱动器包含了电机与功率放大器；控制器提供整个伺服系统的闭环控制，如转矩控制、速度控制和位置控制等。

2.2.2 伺服系统的分类

电气伺服系统按驱动（执行）机构分类为步进式伺服系统、直流电机伺服系统、交流电机伺服电机；按控制方式分：开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统。下图2-1和2-2分别为开环和闭环系统构成图。步进电机因其自身具有优良的位置定位精度和锁定能力，故对于步进电机为伺服机构的伺服系统一般可采用开环结构。

图2-1 开环系统构成图

图2-2 闭环系统构成图

2.3 伺服系统的基本要求和特点

2.3.1 伺服系统的基本要求

对伺服系统的基本要求有较好的稳定性、较高的精度、快速的响应性能。稳定性好要能在短暂的调节过程后达到新的或者回复到原有的平衡状态。伺服系统的精度是指输出量能跟对输入量的精确程度。作为精密加工的数控机床，要求的定位精度或者轮廓加工精度通常都是比较高。伺服系统要求跟踪质量信号的相应要快，方面要求过度过程时间短，另一方面，为了满足超调要求，要去过度过程的前沿陡，即上升速率要大。

2.3.2 伺服系统的特点

（1）精确的检测装置 ：以组成速度和位置闭环控制。

（2）丰富的反馈方式 ：根据检测装置实现信息反馈的原理不同，伺服系统反馈比较的方法也不相同。（3）高性能伺服机构

（4）宽调速伺服技术

2.4 伺服系统的基本结构

伺服系统一般结构包括驱动执行（伺服）机构、功率驱动单元、控制单元、检测等。除电机外，系统主要包括功率驱动单元、位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器、位置反馈单元、电流反馈单元、通讯接口单元等。下图2-3为数字化交流伺服系统基本结构框图。

图2-3 数字化交流伺服系统基本结构框 伺服运动控制系统与运动控制系统的区别

3.1 运动控制系统

运动控制系统（Motion Control System）也可称作电力拖动控制系统（Control Systems of Electric Drive），是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。现代运动控制已成为电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科。下图3-1为运动控制系统的基本构成图。

图3-1 运动控制系统的基本构成图

3.2伺服运动控制系统与运动控制系统的区别

运动控制系统是一种驱动系统，以速度和功率指标为重。即是说，在保证一定的功率驱动前提下，如何保证运动指标的最优化，比如：稳速指标、加减速指标、动态调整指标等等。

伺服系统是一种位置目标系统，以位置目标、运动指标为主要保证指标。即是说，强调的位置控制精度、实现目标的快速性等。现代伺服运动控制系统的发展趋势

现代交流伺服系统，经历了从模拟到数字化的转变，数字控制环已经无处不在，国外的一些公司也相继推出新产品，比如贝加莱工业自动化公司推出的AcoposMulti驱动系统采用模块化的可扩展结构，艾尔默公司推出的一系列伺服驱动器与控制器，罗克韦尔自动化公司研发的PowerFlex驱动技术，施耐德电气推出的伺服控制器，从这些产品的研制中，我们看到国际大厂向专用化、大型化伺服发展的动向。但是在国内，甚至CAN这样的中低端总线也没有变成伺服驱动器的标准配置，采用高性能实时现场总线的商品化驱动器还没有出现。我国的交流伺服运动控制产品尚处于起步阶段，但是该系统风采日益展现，正广泛应用于机械各个行业，提升行业智能化控制水平，市场需求显著，在未来几年内上升的空间非常大。

在交流伺服运动控制产品的发展过程中，它始终是融合了先进的机电一体化技术和控制理论。随着微机电、电力电子、网络通讯技术的发展，各种形式的微型电机将可以通过有线的、无线的、电力线的网络通讯技术予以连接，伺服技术将进一步结合微电子与电力电子技术以柔性控制的方式呈现，伺服技术的发展也将朝向单芯片控制、智能控制、网络联机的方向发展。具有网络接口智能型伺服控制芯片是一个值得投入研发的领域。

总之，随着生产力的不断发展，要求伺服系统向高效率化、高速度、高性能化、大功率、集成一体化、智能化方向发展。我的一点认识

对于交流伺服运动控制系统我认识最深的是基于交流伺服运动控制系统的数控机床的控制。通过上课时老师播放的视频以及实习期间对于工业数字控制的接触，了解到交流伺服运动控制的实际应用。

机床是用来装备制造有关构件的加工，数控机床是一种现代化数控加工设备，它的交流伺服系统分为主轴伺服系统和给进伺服系统。数字控制是用规定好的代码和程序格式，把人的意图转变为数控机床能接受的信息，我们的控制系统对这些提前编写好的程序处理后，向机床各坐标的伺服系统发乎数字信息，从而机床上的相应运动部件，如刀架，工作台等，并控制它的动作来变速、换到、启动、停止等。这就是典型的交流伺服运动控制系统的应用，它具有加工精度高、柔性制造能力强、易于实现集成化加工等优点，广泛应用于现代加工行业，是构成现代机械加工和精密加工的主流加工机床。

伺服运动控制系统与以前学习的运动控制系统最大的区别就是在于它是像数控机床这种位置目标的控制，是以给定的位置目标、运动指标来控制，强调的是位置控制的精度以及实现目标的快速性等。基于CANbus现场总线的交流伺服运动控制系统也是我在进行研究的国家大学生项目中所接触到的，这种控制系统正在成为工业企业中控制网络的典型模式。速度跟随伺服系统指的是主伺服驱动器通过CAN总线控制，而从驱动器是通过主驱动器发出速度控制指令，实现其运动控制。位置跟随伺服系统指的是主伺服驱动器通过CAN总线控制，而从驱动器是通过主驱动器发出位置控制指令，实现其运动控制。

通过交流伺服运动控制系统这门课，我全面地大致了解了伺服运动的基本概念和一些典型伺服运动控制系统，并结合自己所做的科研项目对感兴趣的方面深入地学习，不仅收获到了理论知识，也将所学与科研实践相结合，收获了许多的实际经验。

第二篇：伺服控制总结大纲

1.伺服电机定义？其基本特征是什么？

① 伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

② 联系数控装置与被控设备的中间环节，起着传递指令信息和反馈设备运行状态信息的桥梁作用

伺服系统的主要特点 精确的检测装置有多种反馈比较原理与方法高性能伺服电动机宽调速范围的速度调节系统

2.怎样利用旋转变压器的鉴幅工作方式进行角位移的测量？

当励磁电压加到定子绕组时，通过电磁耦合，转子绕组产生感应电压，当转子转到使它的绕组磁轴与定子绕组磁轴垂直时，则转子绕组感应电压为零，当转子绕组磁轴自垂直位置转过一个角度θ时，这时转子绕组中产生的感应电势为： E2 =nV1sinθ= nVm sinωt sinθ

当转子转到两磁轴平行时(即θ=90°)，转子绕组中感应电势为最大，值为E2 = n Vm sinωt 通常采用的是正弦余弦旋转变压器，其定子和转子绕组中各有互相垂直的两个绕组，当励磁用两个相位相差90°的电压供电时，应用迭加原理，在副边的一个转子绕组中磁通为： ф3=ф1 sinθ1 +ф2 cosθ1 而输出电压为u3 = n Vm sinωt sinθ1 + n Vm cosωt cosθ1= n Vm cos（ωt-θ1）

综上可知 旋转变压器转子绕组感应电压的幅值严格地按转子偏转角θ的正弦(或余弦)规律变化，其频率和励磁电压的频率相同。因此，可以采用测量旋转变压器副边感应电压的幅值或相位的方法，作为间接测量转子转角θ的变化。

3.提高光栅分辨精度的措施有哪些？

为了提高光栅分辨精度，线路采用了四倍频的方案，所以光电元件为4只硅光电池(2CR型)，相邻硅光电池的距离为W/4。当指示光栅和标尺光栅作相对运动的时候，硅光电池产生正弦波电流信号，但硅光电池产生的信号太小需经放大才能使用，常用5G922差动放大器，经放大后其峰值有16伏左右。信号是放大了，但波形还近似正弦波，所以要通过射极耦合器整形，使之成为正弦和余弦两路方波，然后经微分电路获得脉冲，由于脉冲是在方波的上升边产生的，为了使0°，90°，180°及270°的位置上都得到脉冲，所以必须把正弦和余弦方波分别各自反相一次，然后再微分，这样就可以得到四个脉冲。

4.三相永磁无刷直流电动机与一般的永磁有刷直流电动机相比，在结构上有什么不同？ 用装有永磁体的转子 → 取代有刷直流电动机的定子磁极 用具有三相绕组的定子 → 取代电枢

用逆变器和转子位置检测器组成的电子换向器 →取代有刷直流电动机的机械换向器和电刷

5.要得到圆形旋转磁场，加在励磁绕组和控制绕组上的电压应符合什么条件？ 当励磁绕组有效匝数和控制绕组有效匝数相等时，要求两相电压幅值相等，相位相差90度；当励磁绕组有效匝数和控制绕组有效匝数不相等时，要求两相电压相位相差90度，电压幅值应与匝数成正比。

6.对伺服系统的基本要求有哪些？

稳定性好，精度高，快速响应并无超调，低速大转矩和调速范围宽 稳定性好 稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后到达新的或者回复到原有的平衡状态。

精度高 伺服系统的精度是指输出量能跟随输入量的精确程度。

允许的偏差一般都在0.01~0.001mm(1~0.1)之间，高的可达到0.01~0.005m 快速响应并无超调 是伺服系统动态品质的标志之一，即要求跟踪指令信号的响应要快： 一方面要求过渡过程时间短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒，且速度变化时不应有超调；另一方面是当负载突变时，要求过渡过程的前沿陡，即上升率要大，恢复时间要短，且无振荡。这样才能得到光滑的加工表面。低速大转矩和调速范围宽

机床的加工特点，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。同时，为了适应不同的加工条件，要求数控机床进给能在很宽的范围内无级变化。这就要求伺服电动机有很宽的调速范围和优异的调速特性。

7.步进控制系统为什么常用开环形式？步进控制系统有什么不足之处？

步进电动机开环系统结构简单、使用维护方便、可靠性高、制造成本低。适用于经济型数控机床和现有机床的数控化改造，且在中、小型机床和速度、精度要求不是很高的场合得到了广泛的应用。

不足：步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。控制输入脉冲数量、频率及电机各相绕组的通电顺序，可得到各种需要的运行特性？

8.步进控制系统主要由哪几部分组成？各部分功能是什么？ 步进电机开环控制系统主要由步进控制器、功率放大器及步进电机组成。步进控制器是由缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及正、反转控制门等组成。步进电动机或称脉冲电动机，是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。

步进电机实际上是一个数字/角度转换器，也是一个串行的数/模转换器。输入一个电脉冲，电动机就转动一个固定的角度，称为“一步”，这个固定的角度称为步距角。步进电动机的运动状态是步进形式的，故称为“步进电动机”。从步进电机定子绕组所加的电源形式来看，与一般交流和直流电动机也有区别，既不是正弦波，也不是恒定直流，而是脉冲电压、电流，所以有时也称为脉冲电动机或电脉冲马达。功率放大器的输出直接驱动电动机的控制绕组

9.改变交流伺服电机旋转方向的方法有哪些? 改变交流伺服电机的相序。①改变控制电压的相位或改变控制绕组的极性； ②改变励磁绕组的特性。

10.感应同步器由有哪些部分组成? 其测量原理是什么? 定尺，滑尺，正弦励磁绕组，余弦励磁绕组？ 感应同步器工作原理

感应同步器是一种检测机械角位移或直线位移的精密传感器。在伺服系统中，它提供被测部件偏移基准点的角度和位置的测量电信号。感应同步器有旋转式和直线式两种，前者用于测量角度后者用于测量长度，由于在数控机床上应用直线式感应同步器较多。而旋转式感应同步器的工作原理及使用方法与自整角机和旋转变压器相似，它可以用于测量角度，但其精度比感应同步器低些。11.步进控制系统主要由哪几部分组成？各有什么功能？

12.简述伺服系统中直线位移或大角位移检测常用器件有哪些？ 大角位移检测或直线位移检测，常用感应同步器、光栅、磁尺

13.直流测速发电机与交流测速发电机性能上有什么区别？

异步测速发电机的主要优点是：不需要电刷和换向器，因而结构简单，维护容易，惯量小，无滑动接触，输出特性稳定，精度高，摩擦转矩小，不产生无线电干扰，工作可靠，正、反向旋转时输出特性对称。其主要缺点是：存在剩余电压和相位误差，且负载的大小和性质会影响输出电压的幅值和相位。

直流测速发电机的主要优点是：没有相位波动，没有剩余电压，输出特性的斜率比异步测速发电机的大。其主要缺点是：由于有电刷和换向器，因而结构复杂，维护不便，摩擦转矩大，有换向火花，产生无线电干扰信号，输出特性不稳定，且正、反向旋转时，输出特性不对称。

14.比较普通变压器和旋转变压器的结构和功能有哪些不同。

普通变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。

旋转变压器（resolver/transformer）是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，励磁频率通常用400、3000及5000HZ等。转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。（百度）

15、旋转变压器的信号处理有哪两种方式？ 鉴相型和鉴幅型两种。若一台三相反应式步进电动机，其步距角为1.8度/0.9度，问 a: 1.8度/0.9度表示什么意思？

1.8度是整步,也就是电机转一圈360度,就需要200步,0.9度是半步,如果驱动器有半步输出功能,这个电机转一圈就需要400步？ b：转子齿数是多少？

c:写出三相六拍运行方式正反转的通电顺序

三相六拍通电方式通电顺序为A—AB—B—BC—C—CA—A。这种通电方式是单、双相轮流通电。它具有双三拍的特点，且通电状态增加一倍，而使步距角减少一半。三相六拍步距角为15º。

d:在A相测得的电源频率为300hz时，求三相三拍和三相六拍每分钟的转速为多少？（相数和拍数参数改变时要会）

设m为相数，z为转子的齿数则齿距：

360tb=z

因为每通电一次（即运行一拍），转子就走一步，各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。故步距角：

b齿距齿距360拍数KmKmz

若步进电动机的转子齿数z=40，按三相单三拍运行时，K=1，m=3：

b36031340

3600.92540 若按五相十拍运行时，则K=2，m=5，z=40 b若步进电动机通电的脉冲频率为ƒ(脉冲数/秒)步距角用弧度表示，则步进电动机的转速：

17.分析直流机、感应电机、步进电机、伺服电机的特点。直流伺服电动机具有良好的启动、制动和调速特性，可很方便地在宽范围内实现平滑无级调速，故多采用在对伺服电动机的调速性能要求较高的生产设备中。直流伺服电动机的结构主要包括三大部分：定子，转子，电刷与换向片。

感应电机：由定子、转子、端盖三大部件组成，利用电磁感应原理，通过定子的三相电流产生旋转磁场，并与转子绕组中的感应电流相互作用产生电磁转矩，以进行能量转换。步进电动机有如下特点：

1.电机输出轴的角位移与输入脉冲数成正比；转速与脉冲频率成正比；转向与通电相序有关。当它转一周后，没有累积误差，具有良好的跟随性。

2.由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。3.步进电机的动态响应快，易于起停、正反转及变速。

4.步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。

5.步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。控制输入脉冲数量、频率及电机各相绕组的通电顺序，可得到各种需要的运行特性。

伺服电机 精确的检测装置；有多种反馈比较原理与方法；高性能伺服电动机；高调速范围的调节系统

第三篇：伺服控制实训总结

《设备控制实训实训》实训总结

设备控制实训是数控技术应用专业教学体系中重要的教学环节之一，是基于《设备控制系统》课程的学习基础并与之配套所进行的常见伺服控制系统原理掌握和操作的技能强化训练，是具备理解伺服控制系统原理，继而形成数控加工技术应用能力的必不可少的教学环节。

本实训的任务主要是对数控专业在校学生进行常见伺服控制系统原理掌握和操作的技能强化训练；同时，使学生具备常见伺服控制基本操作应用维修能力，做好数控操作加工方面的准备，打牢数控原理基础。

在实训前通过下达任务书，使学生明确实训目标、实训要求及注意事项、实训步骤及考核方式，克服畏难情绪。根据学习心理学家的学习迁移及促进理论，考虑到高职学生在学习上可能的自卑、畏惧心里，本课程借鉴‘家庭教师式’和企业中‘师徒式’教学形式，以教师与学生面对面的“一对一”教学为基本思路，实践教学实现了上机操作——发现问题解决问题——上机操作——正迁移思路的单元式教学模式。以教材为蓝本的同时，注意实践加工时编程处理；以FANUC及华中数控编程指令系统为主体，辅以伺服控制原理的掌握同时说明其他数控指令在格式上的差别，开阔了学生的视野，使他们进去企业后能快速适应不同的数控系统和伺服系统。

在教学中通过加工大量的零件，总结经验教训，使学生做到举一反

三、触类旁通；针对学生出现的问题，教师面对面引导解决，增强了学生的自信心、解问题的能力和成就感，激发了学生的学习热情；实训中在注重手工编程训练的同时，也注重伺服控制系统在数控加工中的应用，与企业中最新技术应用情况接轨，体现了现代制造技术的发展趋势。

在实训中，提倡学生根据自己的爱好、兴趣、机床的加工工艺范围和刀具、材料等情况，自行设计伺服控制系统，独立编程、选择加工的刀具、确定加工的工艺、独立加工处所构思的零件，体现了自主学习和个性化发展，同时，也巩固了学生的制图、工艺、装夹、刀具等方面的知识。

为使研究性学习落到实处，取消学生因为该课程与一般理论教学组织模式不一样而存在“蒙混过关”的侥幸心理，使学生得到有力管制；教学采用小组授课，教师根据学生学习情况，科学合理的将学生进行分组；根据学校数控设备台数，如每个机床、机床总共14台，将全本成员按照能力强弱搭配，男女搭配；指派组长，阐明组长责任、组员与组员直接的协作关系，使学生形成互帮互学的风气，增强了学生团队意识和竞争意识。

针对数控专业学生，主要采用“挖掘式”教学方法。根据学生各自能力水平，采用“台阶式”，一步一步加强难度，充分挖掘学生的学习潜能，使各个层次学生的学习成绩都有所提高，同时个人难度要求不一，减轻了学生学习的心理负担，数控编程与加工能力得到最大限度的提高。

伺服控制实训在完成教学任务的同时，也存在一些问题，如伺服系统不够，每个学生上机时间相对较少，影响实训效果；教学方法、实训设计题目的难易等有待进一步完善。

数控技术教研室

第四篇：s7-200控制伺服电机总结要点

S7-200PLC具有脉冲输出功能，在运动控制系统中，伺服电机和步进电机是很重要的精确定位装置，而控制伺服电机和步进电机需要使用脉冲输出。S7-200系列PLC可以输出20--100KHz的脉冲。使用PTO和PWM指令可以输出普通脉冲和脉宽调制输出。通过smb66-75，smb166-175来控制Q0.0的输出，通过smb76-85，smb176-185来控制Q0.1的脉冲输出。控制伺服电机

伺服电机是运动控制中一个很重要的器件，通过它可以进行精确的位置控制。它一般带有编码器，通过高速计数功能，中断功能和脉冲输出功能，构成一个闭环系统，来进行精确的位置控制。PLC的脉冲输出

由于PLC在进行高速输出时需要使用晶体管输出。当将高速输出点作为普通输出而带电感性负载时，例如电磁阀，继电器线圈等，一定要注意，在负载端加保护，例如并联二极管等。以保护输出点。

心得二：步进电机的控制方法

我带队参加《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目，我院选手和其他院校的三位选手组成了天津代表队，我院选手所在队获得了《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目二等奖，为天津市代表队争得了荣誉，也为我院争得了荣誉。以下是我这个作为教练参加大赛的心得二：步进电机的控制方法《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目的主要内容包括如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。但其中最为重要的就是PLC方面的知识，而PLC中最重要就是组网和步进电机的位置控制。

一、S7-200 PLC 的脉冲输出功能

1、概述

S7-200 有两个 置PTO/PWM 发生器，用以建立高速脉冲串（PTO）或脉宽调节（PWM）信号波形。

当组态一个输出为PTO 操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电

机的速度和位置的开环控制。置PTO 功能提供了脉冲串输出，脉冲周期和数量可由用户控制。但应用程序必须通过PLC内置I/O 提供方向和限位控制。

为了简化用户应用程序中位控功能的使用，STEP7--Micro/WIN 提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM，PTO 或位控模块的组态。向导可以生成位置指令，用户可以用这些指令在其应用程序中为速度和位置提供动态控制。

2、开环位控用于步进电机或伺服电机的基本信息

借助位控向导组态PTO 输出时，需要用户提供一些基本信息，逐项介绍如下：

⑴ 最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED）

图1是这2 个概念的示意图。

MAX_SPEED 是允许的操作速度的最大值，它应在电机力矩能力的范围。驱动负载所需的力矩由摩擦力、惯性以及加速/减速时间决定。

图1 最大速度和启动/停止速度示意

SS_SPEED：该数值应满足电机在低速时驱动负载的能力，如果SS_SPEED 的数值过 低，电机和负载在运动的开始和结束时可能会摇摆或颤动。如果SS_SPEED 的数值过高，电机会在启动时丢失脉冲，并且负载在试图停止时会使电机超速。通常，SS_SPEED 值是MAX_SPEED 值的5%至15%。

⑵加速和减速时间

加速时间ACCEL_TIME：电机从 SS_SPEED速度加速到MAX_SPEED速度所需的时间。减速时间DECEL_TIME：电机从MAX_SPEED速度减速到SS_SPEED速度所需要的时间。

图2 加速和减速时间

加速时间和减速时间的缺省设置都是1000 毫秒。通常，电机可在小于1000 毫秒的时间工作。参见图2。这2 个值设定时要以毫秒为单位。

注意：电机的加速和失速时间要 过测试来确定。开始时，您应输入一个较大的值。逐渐减少这个时间值直至电机开始失速，从而优化您应用中的这些设置。

⑶移动包络

一个包络是一个预先定义的移动描述，它包括一个或多个速度，影响着从起点到终点的移动。一个包络由多段组成，每段包含一个达到目标速度的加速/减速过程和以目标速度匀速运行的一串固定数量的脉冲。位控向导提供移动包络定义界面，在这里，您可以为您的应用程序定义每一个移动包络。PTO 支持最大100 个包络。

定义一个包络，包括如下几点：①选择操作模式；②为包络的各步定义指标。③为包络定义一个符号名。

⑴选择包络的操作模式：PTO 支持相对位置和单一速度的 续转动，如图3所示，相对位置模式指的是运动的终点位置是从起点侧开始计算的脉冲数量。单速续转动则不需要提供终点位置，PTO 一直持续输出脉冲，直至有其他命令发出，例如到达原点要求停发脉冲。

图3

一个包络的操作模式

⑵包络中的步

一个步是工件运动的一个固定距离，包括加速和减速时间 的距离。PTO 每一包络最大允许29 个步。

每一步包括目标速度和结束位置或脉冲数目等几个指标。图4 所示为一步、两步、三步和四步包络。注意一步包络只有一个常速段，两步包络有两个常速段，依次类推。步的数目与包络中常速段的数目一致。

图4

包络的步数示意 7.2.5

使用位控向导编程

STEP7 V4.0 软件的位控向导能自动处理PTO 脉冲的单段管线和多段管线、脉宽调 制、SM 位置配置和创建包络表。

本节将给出一个在YL-335A 上实现的简单工作任务例子，阐述使用位控向导编程的方法和步骤。表1 是YL-335A 上实现步进电机运行所需的运动包络。

表1

步进电机运行的运动包络

1、使用位控向导编程的步骤如下：

1）为S7--200 PLC选择选项组态 置PTO/PWM操作。

在STEP7 V4.0软件命令菜单中选择 工具→位置控制向导并选择配置S7-200PLC内 置PTO/PWM操作，如图5所示。

图5 位控向导启动界面 2）单击“下一步”选择“QO.0”，再单击“下一步”选择“线性脉冲输出 PTO）”。

图5

选择PTO或PWM界面

3）单击“下一步”后，在对应的编辑框中输入MAX_SPEED 和SS_SPEED 速度值。输入最高电机速度“90000”，把电机启动/停止速度设定为“600”。这时，如果单击MIN_SPEED值对应的灰色框，可以发现，MIN_SPEED值改为600，注意：MIN_SPEED值由计算得出。用户不能在此域中输入其他数值。

图6

4）单击“下一步”填写电机加速时间“1500”和电机减速时间 “200”

图7 设定加速和减速时间

5）接下来一步是配置运动包络界面，见图8。

图8 配置运动包络界面

该界面要求设定操作模式、1个步的目标速度、结束位置等步的指标，以及定义这一包络的符号名。（从第0个包络第0步开始）

在操作模式选项中选择相对位置控制，填写包络“0”中数据目标速度“60000”，结束位置“85600”，点击“绘制包络”，如图9所示，注意，这个包络只有1步。包络的符号名按默认定义。这样，第0个包络的设置，即从供料站→加工站的运动包络设置就完成了。现在可以设置下一个包络。

图9 设置第0个包络

点击“新包络”，按上述方法将下表中上3个位置数据输入包络中去。

表中最后一行低速回零，是单速连续运行模式，选择这种操作模式后，在所出现的界面中（见图10），写入目标速度“20000”。界面中还有一个包络停止操作选项，是当停止信号输入时再向运动方向按设定的脉冲数走完停止，在本系统不使用。

6）运动包络编写完成单击“确认”，向导会要求为运动包络指定V存储区地址（建 议地址为VB75～VB300），默认这一建议，单击“下一步”出现图11，单击 “完成”。

图11 生成项目组件提示

2、项目组件 运动包络组态完成后，向导会为所选的配置生成三个项目组件（子程序），分别是：PTOx_RUN子程序（运行包络），PTOx_CTRL子程序（控制）和PTOx_MAN子程序（手动模式）子程序。一个由向导产生的子程序就可以在程序中调用如图12所示。

图12 三个项目组件

它们的功能分述如下：

⑴ PTOx_RUN子程序（运行包络）：命令 PLC 执行存储于配置／包络表的特定包络中的运动操作。运行这一子程序的梯形图如图13所示。

图13 运行PTOx_RUN子程序

EN位：启用此子程序的使能位。在“完成”位发出子程序执行已经完成的信号前，请确定EN位保持开启。

START参数：包络的执行的启动信号。对于在START参数已开启且PTO当前不活动时的每次扫描，此子程序会激活PTO。为了确保仅发送一个命令，请使用上升缘以脉冲方式开启START参数。Profile（包络）参数：包含为此运动包络指定的编号或符号名。Abort（终止）参数命令，开启时位控模块停止当前包络并减速至电机停止。Done（完成）参数：当模块完成本子程序时，此参数 ON。Error（错误）参数：包含本子程序的结果。C_Profile参数：包含位控模块当前执行的包络。C_Step参数：包含目前正在执行的包络步骤。

⑵ PTOx_CTRL子程序：（控制）启用和初始化与步进电机或伺服电机合用的PTO输出。请在用户程序中只使用一次，并且请确定在每次扫描时得到执行。即始终使用SM0.0作为EN的输入，如图14所示。

图14 运行PTOx_CTRL子程序

I_STOP（立即停止）输入：开关量输入。当此输入为低时，PTO功能会正常工作。当此输入变为高时，PTO立即终止脉冲的发出。

D_STOP（减速停止）输入：开关量输入。当此输入为低时，PTO功能会正常工作。当此输入变为高时，PTO会产生将电机减速至停止的脉冲串。“完成”输出：开关量输出。当“完成”位被设置为高时，它表明上一个指令也已执行。Error（错误）参数：包含本子程序的结果。当“完成”位为高时，错误字节会报告无错误或有错误代码的正常完成。如果PTO向导的HSC计数器功能已启用，C_Pos参数包含用脉冲数目表示的模块；否则此数值始终为零。

⑶ PTOx_MAN子程序（手动模式）：将PTO输出置于手动模式。这允许电机启动、停止和按不同的速度运行。当PTOx_MAN子程序已启用时，任何其他PTO子程序都无法执行。运行这一子程序的梯形图如图15所示。

图158 运行PTOx_MAN子程序

RUN（运行/停止）参数：命令PTO加速至指定速度（Speed（速度）参数）。您可以在电机运行中更改Speed参数的数值。停用RUN参数命令PTO减速至电机停止。当RUN已启用时，Speed参数确定着速度。速度是一个用每秒脉冲数计算的DINT（双整数）值。您可以在电机运行中更改此参数。

Error（错误）参数包含本子程序的结果。

如果PTO向导的HSC计数器功能已启用，C_Pos参数包含用脉冲数目表示的模块；否则此数值始终为零。

第五篇：交流伺服电机的探究控制电机论文

XX

大

学

控制电机报告

课

程

控制电机

题

目

交流伺服电机的探究

院

系

电气信息工程学院电气系

专业班级

电气

学生姓名

学生学号

指导教师

2015年

X月

X日

目　录

一、引言

二、交流伺服电动机的结构特点

三、伺服电动机的工作原理

21、交流伺服电机

22、永磁交流伺服电机的控制过程

43、永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较

四、交流伺服电机的应用

61、交流伺服驱动系统

62、交流伺服控制策略

73、电机模型

五、结束语

六、参考文献

一、引言

用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服：一词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名。

交流伺服电动机结构简单,无炭刷,效率高,响应快,速比大,不需要经常维护,非常引人注目,在许多领域有取代直流伺服电动机之势。

交流伺服电动机控制系统包括;

控制交流伺服电动机转速和输出转矩的逆变器,控制逆变器与变换器之间接点处直流电压的变换器和一个控制器。

当转速低于额定转速时,该直流电压被控制为恒定电压:

而当转速超过额定转速时,该直流电压被控制成与转速成比例的一个增加电压,以便使伺服电动机的输出转矩保持一个恒定转矩。

永磁交流伺服电动机的定子三相绕组由SPWM正弦脉宽调制电源供电，故又称正弦波驱动无刷电动机。其特点是:

伺服性能好，可采用数字控制，运行平稳、转矩波动小、过载能力强;

无普通直流伺服电动机电刷换向器磨损问题，维护简单、寿命长、工作可靠;

能适应高速大力矩驱动要求;

绕组安装在定子上，散热好;

轴上位置传感器多用光电编码器、无接触式旋转变压器等。

二、交流伺服电动机的结构特点

作为交流伺服电动机使用的有异步型和同步型两种,异步型交流伺服电动机定子放置线圈,转子为鼠笼型,大量用作机床和通用工业机器的驱动元件;

同步型交流伺服电动机定子放置线圈,转子为永久磁钢,根据磁极位置从电机外部进行换向,也可称为无刷直流电动机。永久磁钢的交流伺服电动机按其励磁方式和供电方式的不同又可分为两类:一类电机的永久磁铁励磁磁场为正弦波,定子绕组感应出来的反电动势为正弦波,逆变器提供正弦波电流;

另一类电机的永久磁铁励磁磁场为方波,定子绕组感应出来的反电动势为梯形波,逆变器提供方波电流。

三、伺服电动机的工作原理

1、交流伺服电机

（1）交流伺服电机的工作原理交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U

/

V

/

W

三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。

当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位，即移相1

0

°，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺服电机将反转。若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，转子很快地停下来。

为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电阻做得特别大，使它的临界转差率S

k

大于1

。在电机运行过程中，如果控制信号降为“零”，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁场可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。一旦控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线运行。由于转子的惯性，运行点由A

点移到B

点，此时电动机产生了一个与转子原来转动方向相反的制动力矩。负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。

必须指出，普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作，不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。

（2）交流伺服电机使用时应注意

伺服电机驱动器接收电机编码器的反馈信号，并和指令脉冲进行比较，从而构成了一个位置的半闭环控制。所以伺服电机不会出现丢步现象，每一个指令脉冲都可以得到可靠响应。

调节伺服电机有几种方式，使用T

w

i

nLine

软件对电机的PID

参数、电机参数、电子齿轮比等进行调节。

对伺服电机进行机械安装时，应特别注意，由于每台伺服电机后端部都安装有旋转编码器，它是一个十分易碎的精密光学器件，过大的冲击力肯定会使其损坏。

（3）交流伺服电机的控制

为了使控制系统改变不大，应选用数字式伺服系统，可采用原来的脉冲控制方式；由于伺服电机都有一定过载能力，所以在选择伺服电机时，经验上可以按照所使用的步进电机输出扭矩的1

/

来参考确定伺服电机的额定扭矩；伺服电机的额定转速比步进电机的转速要高的多，为了充分发挥伺服电机的性能，最好增加减速装置，让伺服电机工作在接近额定转速下，这样也可以选择功率更小的电机，以降低成本。

用脉冲方式控制伺服电机，一是可靠性高，不易发生飞车事故。用模拟电压方式控制伺服电机时，如果出现接线接错或使用中元件损坏等问题时，有可能使控制电压升至正的最大值。这种情况是很危险的。如果用脉冲作为控制信号就不会出现这种问题。二是信号抗干扰性能好。数字电路抗干扰性能是模拟电路难以比拟的。

当然目前由于伺服驱动器和运动控制器的限制，用脉冲方式控制伺服电机也有一些性能方面的弱点。一是伺服驱动器的脉冲工作方式脱离不了位置工作方式，二是运动控制器和驱动器如何用足够高的脉冲信号传递信息。这两个根本的弱点使脉冲控制伺服电机有很大限制。一是控制的灵活性大大下降；二是控制的快速性速度不高。

伺服驱动器工作在位置方式下，位置环在伺服驱动器内部。这样系统的P

I

D

参数修改起来很不方便。当用户要求比较高的控制性能时实现起来会很困难。从控制的角度来看，这只是一种很低级的控制策略。如果控制程序不利用编码器反馈信号，事实上成了一种开环控制。如果利用反馈控制，整个系统存在两个位置环，控制器很难设计。在实际中，常常不用反馈控制，但不定时的读取反馈进行参考。这样的一个开环系统，如果运动控制器和伺服驱动器之间的信号通道上产生干扰，系统是不能克服的。

2、永磁交流伺服电机的控制过程

永磁交流伺服电动机可利用坐标变换进行矢量控制，这就使得永磁交流伺服电动机的控制变得同直流伺服电动机一样方便。其控制过程如下:

(1)

给定控制，将给定信号分解成两个互相垂直的直流信号、;

(2)

直/交变换，将、变换成两相信号、;

(3)

/3

变换，得到三相交流控制信号、、去控制逆变器;

(4)

电流反馈反映负载情况，使直流信号中的转矩分量iT能随负载而变，从而模拟直流电动机工作情况;

(5)

速度反馈反映给定与实际转速差，并进行矫正;

(6)

闭环控制信号由轴上所带编码器反馈，整个过程由数字信号处理器(DSP)

进行全数字化处理。

永磁交流伺服电动机的另一种控制模式是直接转矩控制。具体方法是:

在定子坐标系下分析电动机数学模型，在近似圆形旋转磁场的条件下，对电动机转矩直接进行控制，不用坐标变换。

3、永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较

0

世纪8

0

年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。9

0

年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。

交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。

永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：

（1）无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。

（2）定子绕组散热比较方便。

（3）惯量小，易于提高系统的快速性。

（4）适应于高速大力矩工作状态。

（5）同功率下有较小的体积和重量。

到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。交流伺服电机传动技术却能以较低的成本获取极高的位置控制精度，世界上许多知名电机制造商如松下，三洋，西门子等公司纷纷推出自己的交流伺服电机和伺服驱动器。日本松下公司的ＭＩＮＡＳＡ系列为比较典型的一种。

四、交流伺服电机的应用

1、交流伺服驱动系统

交流伺服驱动系统的发展与伺服电动机的不同发展阶段密切相关，从直流电机的发明到现在已经有一百多年的历史。直流电机虽然最早发明，但是由于当时铁磁材料以及晶闸管技术的限制，发展很是缓慢，一直到

1960

年以后随着可控硅的发明以及各种电机材料的改良，直流电动机才得到迅速发展，并在七十年代成为各种伺服系统中最重要的驱动设备。在直流电机快速发展以前的一段时期内步进电机应用最为广泛，受当时苏联以及日本等方面因素的影响，磁阻式步进电机快速发展并应用到数控机床设备中，在此时期由于生产要求低、技术落后，伺服控制系统多为开环控制。从

世纪

年代到现在，由于直流伺服电机同功率情况下自身体积较大及换向电刷问题的存在，在很多场合不能满足环境要求。随着电动机生产技术及其永磁体制造材料、现代控制理论、电机控制原理的突飞猛进，出现了方波、正弦波驱动的各种新型永磁同步电动机，逐渐开始替代直流伺服电动机市场。根据对控制系统高性能的要求，现如今的大部分交流伺服系统采用闭环控制方式。

现代交流伺服驱动系统，已经逐渐向数字时代转变，数字控制技术已经无孔不入，如信号处理技术中的数字滤波、数字控制器、各种先进智能控制技术的应用等，把功能更加强大的控制器芯片以及各种智能处理模块应用到工业机器人交流伺服驱动系统当中，可以实现更好的控制性能。分析多年来交流伺服控制系统的发展特色，总结市场上客户对其性能的要求，可以概括出交流伺服控制系统有以下几种热门发展方向：

（1）数字化

随着微电子技术的发展，处理速度更迅速、功能更强大的微控制器不断涌现，控制器芯片价格越来越低，硬件电路设计也更加简单，系统硬件设计成本快速下降，且数字电路抗干扰能力强，参数变化对系统影响小，稳定性好；采用微处理器的数字控制系统，更容易与上位机通讯，在不变更硬件系统结构的前提下，可随时改变控制器功能。在相同的硬件控制系统中，可以有多种形式的控制功能，不同的系统功能可以通过设计不同的软件程序来实现，且可以根据控制技术的发展把最新的控制算法通过软件编程实时的更新控制系统。

（2）智能化

为了适应更为恶劣的控制环境和复杂的控制任务，各种先进的智能控制算法已经开始应用在交流伺服驱动系统中。其特点是根据环境、负载特性的变化自主的改变参数，减少操作人员的工作量。目前市场上已经出现比较成熟的专用智能控制芯片，其控制动静态特性优越，在交流伺服驱动控制系统中被广大技术人员所采用。

（3）通用化

当前，伺服控制系统一般都配置有多种控制功能参数，这有利于操作人员在不改变系统硬件电路设计的前提下方便地设置成恒压频比控制、矢量控制、直接转矩控制等多种工作模式，应用领域十分广泛，另外可以控制异步、同步等不同类型的电动机，适应于各种闭环或开环控制系统，交流伺服控制系统的通用化将会在以后的伺服驱动系统发展的道路中越走越远。

2、交流伺服控制策略

最近几十年来，借助于电机控制理论及智能控制理论的不断完善，交流伺服控制理论也随之蓬勃发展起来；由于微电子技术的进步，各种方便用户开发的微控制器与数字信号处理器件大量涌现市场，为各种先进的智能控制算法在控制系统中的应用提供了可能。现如今，各种新型的伺服控制策略大量涌现，大有与传统控制策略一较高低的趋势，下面对几种常用的伺服控制策略进行分析比较：

（1）恒压频比控制

在工厂控制领域中使用最为广泛的仍然是恒压频比控制方式，此方法是通过控制输出电压与频率的比是常数，确保电动机的磁通量为定值，从而控制电动机的速度。这种控制方法在低速运行时转矩能力较弱，必须对定子电压压降进行补偿处理，另外因为此控制方法不能直接控制电磁转矩，因此性能较低。但由于恒压频比控制具有实现简单、运行稳定、调速方便等优点，因此在一些对动态性能要求比较低的场合应用比较广泛。

（2）矢量控制

上个世纪，矢量控制技术的提出，为交流伺服驱动系统的快速进步提供了理论支持。矢量控制技术的主要原理为：以转子旋转磁场作为参考系，将电动机定子矢量电流经过两次坐标变换分解为直轴电流和交轴电流分量，且使两电流分量相互正交，同时对交直轴电流分量的幅值和相位进行控制，可以获得像直流电机一样优越、甚至比直流电动机更好的动态控制性能，另外，矢量控制经过半个世纪的发展已经十分成熟，在伺服驱动系统中应用最为广泛；矢量控制技术的优点主要是原理简单，动态控制性能良好，缺点是在控制实现过程中要进行各种坐标变换，计算量比较大，另外此种控制方法会实时受到电动机定子电阻、电感以及转动惯量变化的影响，基本上不可能实现完全解耦，从而影响系统的动态性能，使控制效果变差。解决方法是加入各种先进的控制算法，对控制器进行智能化改进，从而提高伺服驱动系统的动态性能与鲁棒性。

（3）直接转矩控制

二十世纪八十年代中期，德国专家提出“直接自控制”的高性能交流电动机控制策略，此种控制策略不需要像矢量控制那样对电动机定子矢量电流进行大量而复杂的解耦变换，再通过控制解耦获得的交轴电流分量来间接的控制电动机电磁转矩，它采用定子磁场定向的控制方式，对交流电机的电磁转矩进行直接控制。此方式只受到电动机定子绕组阻值的影响，对电动机除定子绕组阻值之外的其他参数的变动稳定性好，解决了矢量控制受电动机本体参数影响大的缺点。1995

年，ABB

公司首先把直接转矩控制技术应用到了变频器当中，并作为一种高端产品出现在市场中，对矢量变频器提出了挑战。20

世纪末，开始有部分专家学者通过深入研究把直接转矩控制理论引入到交流同步电动机当中，完成了直接转矩控制技术在交流同步电动机伺服驱动领域的重大突破。直接转矩控制的优点是转矩动态响应快，缺点是在转速较低时转矩脉动较大。

（4）智能控制

智能控制理论是最近几十年来的一种新兴学科，它的迅速发展为交流永磁伺服控制技术的进步注入了新鲜血液。智能控制技术由于其自身的理论特点，在非线性控制领域中比经典控制理论更具有优势，在很多场合将会实现比经典控制理论更好的控制特性。

3、电机模型

如图

2-2

所示，给出了

PMSM的简单模型。其中，A、B、C分别为

PMSM三相定子绕组，它们把整个空间均分为三份。在此，根据永磁同步电动机的简单模型以及其坐标变换关系图，获得电的机的理想数学模型，不过要想获得精确理想的电机数学模型是很难实现的，因此在建立数学模型之前，我们首先要对电动机数学模型影响很小的量进行相应的忽略及假设：

（1）忽略磁路铁芯的磁饱和现象；

（2）忽略铁芯磁滞与涡流损耗；

（3）忽略转子上的阻尼绕组；

（4）不计温度影响；

（5）假设气隙磁场呈理想正弦分布。

图1

PMSM

结构简化模型

当

PMSM

三相定子绕组中通入三相交流电时，根据电磁感应定律和基尔霍夫定律可得

PMSM的定子电压、定子磁链和转子耦合磁链的方程分别如式所示：

式中、、——定子绕组相电压；、、——定子绕组相电流；、、——定子绕组总磁链；、、——各绕组耦合磁链；

——定子绕组电阻；

——定子绕组电感；

——转子磁链幅值。

电磁转矩是电动机对外输出能量的重要依据，交流伺服驱动控制系统是否能快速稳定的输出给定的电磁转矩是评价电动机动态响应性能的重要指标，PMSM的电磁转矩方程表述如式所示：

将磁链方程代入上式中可得方程如下式所示：

在隐极式永磁同步电动机中，=，代入上式中可以得到方程如下式所示：

由上式可以看出，通过对定子电流的控制，就可以控制

PMSM的转矩。作用到电机轴上的电磁转矩与电动机转速、负载转矩以及电动机转动惯量之间的变化关系可以用下面的电机运动方程式来表示：

五、结束语

（1）交流伺服电动机作为数控机床的新型执行元件在国外已取得了很大的进展,在我国提供性能好和可靠性高的交流伺服电动机,满足数控系统发展的需要,是当前的一个关键问题。

（2）从国外交流伺服电动机的发展趋势来看,应优先发展成本较低的同步型转速可控的直流无刷电动机。

（3）交流伺服电动机的性能在很大程度上取决于电子控制技术的水平。应力求采用数字控制和计算机控制,以克服交流伺服电动机的不足之处。

（4）随着交流伺服系统应用领域的不断扩大,交流伺服电动机将会有很大的发展。在我国,交流伺服电动机潜力的发掘和发展,尚需我们做大量的工作。

六、参考文献

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唐玉增.从第七届欧洲国际机床展览会看机床电器产品的发展（下).机床电器,1955

（3)

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周泽存．高电压技术［M］．3

版.北京:中国电力出版社，2007．

［4］谭建成.永磁交流伺服技术及其进展（1).微电机,1990（3)

［5］邵晓强.永磁交流伺服电动机力矩分析.微电机,1991

（2)