摘要：近年来，经济的发展，我国科技水平的提升，促进工业自动化的水平的不断提高，对伺服控制技术提出了更高的要求。伺服电机控制技术的应用能够缩减时间，提升自动化控制系统准确计算性能，并且能够提升伺服系统运行的性能，实现向软件伺服控制系统的转变。本文就伺服电机在自动控制系统中的应用展开探讨。
关键词：伺服系统；伺服电机；优势；发展趋势
引言
生活水平提高以后，人们的注意力不再专注于温饱问题，而是更加注重自身的生活品质，提高自己的生活追求。面对琳琅满目、眼花缭乱的商品，消费者一方面对商品的内在品质提出了更高的要求，一方面也对商品的外形提出了更高的要求，而且后者引起消费者越来越多的重视。消费者对外形包装满意了，会更容易购买商品。商品生产者为了满足消费者需求，就需要改进生产设备，包括包装设备，提高生产率，满足市场需求。在这样的背景下，商品生产商都纷纷引进了自动化流水线和伺服电机，伺服电机与机电一体化结合，朝着智能化方向发展。在自动控制系统中，如何更好的运用伺服电机，成为生产企业不断思考的问题。
1伺服控制系统的内涵
伺服系统是自动控制系统的一种，一般是负反馈控制系统，又被称为动态的随动系统，其能够使被控对象自动、连续、准确地跟随给定信号的变化而变化，稳态平衡是动态的，用于控制被控对象的位移或转角。从自动控制原理上来说，一般情况下，伺服控制系统主要包含了受控体、制动器、控制器、传感器等。其中，制动器是功率放大器和马达组成的；受控体是指被控制的物件。伺服控制系统包含五个部分，即：控制器、被控对象、执行器、检测变送等。伺服系统根据执行元件的不同，可分为电气伺服系统和电液伺服系统2种类型。其中，电气伺服系统操作维护方便、可靠性高；电液伺服系统是由电液脉冲马达和电液伺服马达为伺服驱动装置，反应快，刚性好，时间常数小，是在低速下，可以有很高的输出力矩，速度平稳。但体积大、噪声大、存在漏油等问题，这是由于液压系统需要供油系统所造成的。而从反馈比较方式上来说，其不但包含了脉冲数字比较伺服系统、幅值比较伺服系统，还包括相位比较伺服系统、全数字伺服系统，一共四种类型。其中与相位比较和幅值比较系统相比较，脉冲数字比较系统的结构及安装维护比较简单，要求比较低。因此，从应用范围上来说，幅值比较系统的应用最少，脉冲数字比较伺服系统要比相位比较系统范围大。
2交流伺服电动机的工作原理
交流伺服电机与单相感应电机的工作原理基本相同。但是交流伺服电机必须解决的一个问题是如果控制信号在交流伺服电机运行时突然消失，转动能够立即停止。而普通的感应电动机运转过程中，如果控制信号消失，一般仍会继续转动。当交流伺服电机静止时，如果不加控制电压则只有励磁绕组通电产生脉动磁场。由于两个励磁绕组产生的圆形旋转磁场的大小和转速相同，但旋转方向相反，所以它们切割笼型绕组产生的感应电动势和电流大小相同、方向相反，从而与各自的磁场作用产生的合成力矩为零，伺服电机转子就不会转动起来。因为电机内部的磁场可以看作是两个圆形旋转磁场合成的椭圆形旋转磁场。当控制绕组接受与控制信号对应的控制电压时，便使这两个圆形旋转磁场产生不等的幅值，因此它们切割转子绕组产生的电磁力矩的合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着力矩较大的正转磁场的方向转动，随着信号的不断增强，正转磁场及其力矩就不断增大。随着合成力矩的变大，转子的转速就不断增加。通过改变控制电压的相位，就可以改变旋转磁场的转向，伺服电机将反转。控制信号消失的情况下只有励磁绕组通电，由于此时电机内属于脉动磁场，转子就能够很快地停下来。
3交流伺服电机在自动控制系统中的应用
3.1伺服电机在自动控制系统中的运用特点
对于交流伺服电机的认识，人们通常会认为它是一种无刷电机，但是一般人们不会知道它有同步和异步两种，因为在运动控制中，异步电机不常见，而同步电机比较常见。同步伺服电机在低速平稳运行中，能把功率做到很大，在最高转动的时候达到最高值，之后随着转动速度的降低，功率也会降低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据伺服电机的特性，在自动控制系统中运用伺服电机，具有一些明显的特点，比如在无超调的情况下快速反应，比如即便在速度较低和调速范围较宽情况下也输出较大的转矩，比如具有很高的精度。
3.2伺服电机的运用提高了自动控制系统性能
3.2.1提高了控制精度
基于工业自动化对生产流水线精度的要求非常高,由于交流伺服系统在这一领域的应用精度可以达到了微米级，甚至一些先进产品的位移精度高达0.1微米，为提高智能加工精度提供了有效保证。
3.2.2保证低速时输出较大转矩
在一般情况下，自动控制系统需要在较低速度的情况下运行。在低速的条件下，对于正常系统正常运行有个非常重要的因素，那就是转矩输出。转矩输出小了，不利于系统的平稳运行。伺服电机有一个非常优越的特性，可以进行恒功率的输出。自动控制系统使用了伺服电机，就可以保证系统在低速条件下恒定输出较大转矩，并且不管是纵向的驱动力矩性能，还是横向的驱动力矩性能，在这样的条件下达到最好效果。另外，使用伺服电机可以有效缩短自动控制系统的传动链，使传动的摩擦减小，从而大大提高了系统的效率。
3.2.3快速响应能力
快速响应是现代数控机床的一个重要指标。目前，利用交流伺服系统的数控机床的速度从零到最大的时间可以控制在几十毫秒以内，并且在速度变化时没有超调现象发生。同时，是当负载发生急剧变化时，系统能在极短的时间内恢复，且无震荡。
3.2.4扩大了调速范围
自动控制系统使用伺服电机，它的进给速度可调范围是0~250m/min，而且可以连续调节。如果自动控制系统不使用伺服电机，它的进给速度可调范围是0~23m/min。可见，使用和不使用伺服电机的差别是非常大的，相差十倍左右。所以伺服电机的运用扩大了自动控制系统的调速范围。
4伺服电机控制技术的发展前景
电机控制专用继承电路是企业设计伺服电机最普遍的形式，设计软件主要为复杂可编程逻辑器件和现场可编程逻辑阵列。并且在设计电机控制集成电路时，需要依据用户、电子系统要求。该电路能够实现操作边界的有效扫描，特点在于用户现场可操控编程。电机控制专用集成电路具有设计、生产时间短等特征，主要体现在制定用户要求、数量少等方面。与通用电路相比，集成电路电子技术和用户积淀系统生产出来的产品，重量轻、成本低、体积小、功耗低，但质量高。并且在电机控制MCU设计、电机控制DSP设计等方面，伺服电机控制技术也有所体现。交流伺服电动机属于无刷结构，提升功率与转速快、维修几率小。20世纪80年代中，伺服电机控制技术已经融合催化加工技术，并且在今后的发展中也会获得很大的发展。如：在工业机器人中，伺服电机驱动已经广泛应用起来。如今，交流伺服系统主要替换了直流伺服系统，实现了在诸多领域的应用。今后伺服电机控制技术的发展方向，就是在数控操作系统中全面实现直流伺服系统取缔工作，硬件设备控制能够替代软件中应用的控制。
结语
伺服电机是自动化系统的核心部件，交流伺服电机以其性能的优越性逐步取代直流伺服电机，成为伺服电机的发展趋势。随着工业自动化的迅速发展，交流伺服系统得到了广泛的应用。
参考文献
[1]孙斌.伺服电机的应用及技术控制研究[J].自动化应用,2017(8).
[2]吴恩明.万能材料试验机中交流伺服电机控制技术的思考[J].通讯世界,2018(2).
[3]王辉,昝涛,刘智豪,等.基于LabVIEW和MPScope的多轴伺服电机控制系统开发与应用[J].制造业自动化,2018(6).
论文作者:周旭楠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
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