伺服電機(jī)是一種在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。更具體的相關(guān)知識(shí)，日弘忠信代.理，知識(shí)齊全，產(chǎn)品質(zhì)量好，隨著近代控制技術(shù)的發(fā)展，伺眼電動(dòng)機(jī)及其伺服控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

　　《電機(jī)與控制學(xué)報(bào)》的前身是《哈爾濱電工學(xué)院學(xué)報(bào)》，1997年更名為《電機(jī)與控制學(xué)報(bào)》，成為全國性的專業(yè)學(xué)術(shù)期刊，2005年由季刊改為雙月刊。電機(jī)與控制學(xué)報(bào)》是立足國內(nèi)、面向國際的專業(yè)性學(xué)術(shù)期刊，旨在反映國內(nèi)外電氣工程、控制科學(xué)與工程領(lǐng)域中最新的重要研究成果和具有創(chuàng)造性的學(xué)術(shù)成果。

　　無論是數(shù)控(NC)機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人以及工廠自動(dòng)化(FA)、辦公自動(dòng)化(OA)、家庭自動(dòng)化(HA)等領(lǐng)域，都離不開伺服電動(dòng)機(jī)及其伺服控制系統(tǒng)。本文主要分析了伺服電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)及未來展望。

　　一、國內(nèi)外智能電機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀比較

　　目前國產(chǎn)交流伺服電機(jī)及其全數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)器、智能伺服電機(jī)已經(jīng)基本自主開發(fā)成功，在國家的大力扶持下，清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等學(xué)校的研究所對(duì)電機(jī)控制的核心算法的研究已經(jīng)很成熟，而且技術(shù)水平可以說完全達(dá)到了國際一流的水平;產(chǎn)品功能的開發(fā)一般由企業(yè)來完成，瑞默森(北京)科技有限公司從2001年起一直從事智能伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化的研發(fā)，目前已經(jīng)批量生產(chǎn)的各種型號(hào)的智能電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器都具有很完善的功能，包括：電流環(huán)、位置環(huán)、速度環(huán)的PID參數(shù)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別，電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制功能，CAN總線等，結(jié)合上位機(jī)的可視化的調(diào)試和編程界面等功能。可以看到對(duì)智能電機(jī)的功能的開發(fā)也居于國際最先進(jìn)的行業(yè)水平。中國是制造業(yè)大國，制造工藝水平已經(jīng)有了相當(dāng)高的水平，全數(shù)字產(chǎn)品的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、一致性好，所以產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)也沒有任何問題。當(dāng)然我們同樣也可以看到，國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)比較差，很多設(shè)備的設(shè)計(jì)還是延續(xù)傳統(tǒng)的步進(jìn)或者直流有刷伺服的方案，但國內(nèi)伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)已趨于完善，目前主要是朝標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，規(guī)模化方向發(fā)展，只有一定規(guī)模才能有高可靠性和價(jià)格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品。

　　二、新型直流伺服電動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)

　　直流伺服電動(dòng)機(jī)可分為有刷直流伺服電動(dòng)機(jī)和無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)(矩形波驅(qū)動(dòng))兩種。隨著FA和OA自動(dòng)化的不斷發(fā)展，新型直流伺服電動(dòng)機(jī)不斷問世，產(chǎn)品技術(shù)有了新的發(fā)展，在FA和OA市場以及其他機(jī)電一體化市場得到廣泛的普及和采用。目前。國際上新型直流伺服電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　2.1薄型、小型化。隨著電子整機(jī)產(chǎn)品向薄、輕、短、小和數(shù)字化、高可靠以及智能化方向發(fā)展，使得直流伺服電動(dòng)機(jī)不斷向微小型化、片狀化發(fā)展。

　　a.UGPMEM-09A12輸出80W (新型)

　　b.PMES-09A2輸出100W (傳統(tǒng)型)

　　c.UGPMEM-07A12輸出40W (新型)

　　d.UGPMEM-09812輸出30W (傳統(tǒng)型)

　　高性能和復(fù)合化方向發(fā)展。例如在日本，直徑為lO～15mm的直流伺服電動(dòng)機(jī)已是司空見慣，但小型化仍然是制造商們?nèi)找顾伎嫉膯栴}，爭取達(dá)到產(chǎn)品的實(shí)際極限。目前，日本已有直徑為6.2mm的直流伺服電動(dòng)機(jī)問世。日本安川公司新近開發(fā)的直流印制繞組電機(jī)系列，采用高磁能積的稀土類磁鐵，達(dá)到了薄型、小型化之目的。

　　2.2輕量化。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有同人一樣的腕與手的操作和靈活性，必須要求電機(jī)達(dá)到輕量化之目的，國外一般采用扁平形結(jié)構(gòu)的直流伺服電動(dòng)機(jī)。為了進(jìn)一步達(dá)到輕量化的目的，電機(jī)采用高磁能積的稀土磁鐵和高磁飽和磁場的鐵心，并采用了縮短線圈端部繞線方法以及采用鈦等輕量材料。此外，在超精密機(jī)械驅(qū)動(dòng)方面，國外也非常重視采用超輕量化的小型伺服電動(dòng)機(jī)。

　　2.3高效率化。由于稀土永磁材料和其他高導(dǎo)磁率軟磁材料的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，使得直流伺服電動(dòng)機(jī)效率大幅度提高。如在OA以及FA市場上得到廣泛應(yīng)用的無鐵心無刷電機(jī)，由于電樞上不帶鐵心，又是永磁體激磁，所以電機(jī)內(nèi)部僅存在銅耗，不存在鐵耗和渦流損耗，通常效率達(dá)65百分之以上。若采用稀士永磁材料，則效率可高達(dá)80百分之～90百分之以上。

　　2.4低噪音化。由于人們對(duì)工作環(huán)境和舒適化要求的不斷提高，使得各種設(shè)備的噪音標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)地提高。尤其是使用在醫(yī)療設(shè)備，計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備以及高保真放音設(shè)備上的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)降低電機(jī)噪音提出了更高的要求。無刷直流伺暇電動(dòng)機(jī)最適合于在上述場合下應(yīng)用。因?yàn)闊o刷直流伺服電動(dòng)機(jī)采用電子換向，無電刷，所以也就不存在火花和機(jī)械摩擦噪音。

　　2.5低振動(dòng)化。為了實(shí)現(xiàn)伺服電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的低振動(dòng)化，目前，通常采用直接驅(qū)動(dòng)(DD)方式.即負(fù)載與電機(jī)同軸聯(lián)接，而不是通過齒輪和皮帶輪減速。例如，錄像機(jī)中的磁鼓伺服和主導(dǎo)軸伺服均采用直接驅(qū)動(dòng)方式，這樣可以降低視頻和音頻的抖晃率，提高錄像機(jī)的錄像質(zhì)量，延長使用壽命。在CD領(lǐng)域內(nèi)，近年來國外又出現(xiàn)了直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤的無刷直流伺服霍爾電機(jī)，這種電機(jī)轉(zhuǎn)矩大，無脈沖現(xiàn)象.并由石英晶體鎖相控制，其轉(zhuǎn)速精度可達(dá)=±0.003%。直接驅(qū)動(dòng)方式系統(tǒng)具有剛度高，振動(dòng)小、定位精度高、回應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。因而應(yīng)用很廣。

　　新型直流伺服電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的直流伺服電動(dòng)機(jī)相比，具有超小型、超薄型、超輕量。超高效率、超低噪音、超低振動(dòng)、超低脈動(dòng)以及超高速回應(yīng)等特點(diǎn)，國外稱之為“超的技術(shù)”。

　　三、伺服電機(jī)控制展望

　　3.1伺服電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)加工技術(shù)的高速高精化。80年代以來，數(shù)控系統(tǒng)逐漸應(yīng)用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件。交流伺服電機(jī)內(nèi)是無刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對(duì)較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前交流伺服系統(tǒng)已在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服系統(tǒng)。在當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)中，交流伺服取代直流伺服、軟件控制取代硬件控制成為了伺服技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。由此產(chǎn)生了應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給和主軸裝置上的交流數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。隨著微處理器和全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算速度大大提高，采樣時(shí)間大大減少。硬件伺服控制變?yōu)檐浖�伺服控制后，大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能。例如OSP-U10/U100網(wǎng)絡(luò)式數(shù)控系統(tǒng)的伺服控制環(huán)就是一種高性能的伺服控制網(wǎng)，它對(duì)進(jìn)行自律控制的各個(gè)伺服裝置和部件實(shí)現(xiàn)了分散配置，網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)一步發(fā)揮了它對(duì)機(jī)床的控制能力和通信速度。這些技術(shù)的發(fā)展，使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調(diào)試方便、柔性增強(qiáng)，大大推動(dòng)了高精高速加工技術(shù)的發(fā)展。

　　3.2交流直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給技術(shù)已趨成熟。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+精密高速滾珠絲杠”和“直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)” 兩種類型。傳統(tǒng)的滾珠絲杠工藝成熟加工精度較高，實(shí)現(xiàn)高速化的成本相對(duì)較低，所以目前應(yīng)用廣泛。使用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的高速加工機(jī)床最大移動(dòng)速度90m/min，加速度1.5g。但滾珠絲杠是機(jī)械傳動(dòng)，機(jī)械元件間存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應(yīng)會(huì)造成運(yùn)動(dòng)滯后和非線性誤差，所以再進(jìn)一步提高滾珠絲杠副移動(dòng)速度和加速度比較難了。90年代以來，高速高精的大型加工機(jī)床中，應(yīng)用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)方式。它比滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)具有剛度更高、速度范圍更寬、加速特性更好、運(yùn)動(dòng)慣量更小、動(dòng)態(tài)回應(yīng)性能更佳，運(yùn)行更平穩(wěn)、位置精度更高等優(yōu)點(diǎn)。且直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，不需中間機(jī)械傳動(dòng)，減小了機(jī)械磨損與傳動(dòng)誤差，減少了維護(hù)工作。直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與滾珠絲杠傳動(dòng)相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大達(dá)10g，剛度提高7倍，最高回應(yīng)頻率達(dá)100Hz，還有較大的發(fā)展余地。當(dāng)前，在高速高精加工機(jī)床領(lǐng)域中，兩種驅(qū)動(dòng)方式還會(huì)并存相當(dāng)長一段時(shí)間，但從發(fā)展趨勢(shì)來看，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)所占的比重會(huì)愈來愈大。種種跡象表明，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)在高速高精加工機(jī)床上的應(yīng)用已進(jìn)入加速增長期。

　　隨著微電子學(xué)、電力電子學(xué)以及表面安裝技術(shù)(SMT)的不斷發(fā)展，伺服電動(dòng)機(jī)及其伺服技術(shù)的發(fā)展也是無止境的。同時(shí)，由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，諸如CAD/CAM/CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程)技術(shù)的應(yīng)用，也必須給伺服電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造帶來新的飛躍。