交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)已是必然趨勢,直流伺服電機(jī)的機(jī)械換向器和電刷給應(yīng)用帶來一系列問題。比如,結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜,電刷和換向器容易發(fā)生故障:電刷和換向器之間滑動接觸的電阻不穩(wěn)定,使電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定;換向器上產(chǎn)生火花,引起無線電干擾,影響放大器和計算機(jī)正常工作,且使電機(jī)無法直接應(yīng)用于易燃、易爆的工作環(huán)境中;電刷和換向器之間的摩擦增加了電機(jī)的阻力矩,使電機(jī)工作不穩(wěn)定;換向器的表面線速度換向電流、電壓有一極限容許值,約束了電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速和功率:為使換向器可靠工作,電樞和換向器直徑一般較大,使得電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量增大,在快速響應(yīng)要求較高、安裝空間較小的應(yīng)用場合受到限制。
因此,人們一直在尋求能克服上述缺點(diǎn)的交流伺服電機(jī),以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域的需要。交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,堅(jiān)固耐用,便于維修,價格合理,克服了直流伺服電機(jī)存在的缺點(diǎn)。特別是新型永磁交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)更加明顯:永磁同步電機(jī)調(diào)速性能優(yōu)越,克服了直流伺服電機(jī)機(jī)械式換向器和電刷帶來的系列限制,且體積小、重量輕、效率高、轉(zhuǎn)動慣量小、不存在勵磁損耗問題。
現(xiàn)代電力電子學(xué)的大發(fā)展為交流伺服系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的直流伺服系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。向高頻化、大容量、智能化方向發(fā)展的性能優(yōu)越的全控型大功率電子器件,及集成半導(dǎo)體開關(guān)、信號處理、自我保護(hù)功能于一體的智能功率模塊(IPM)和大功率集成電路,使交流伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之———交流伺服驅(qū)動器成本降低。
現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用,促進(jìn)了許多新型交流伺服電機(jī)控制方式的誕生,為交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)提供了進(jìn)一步的依據(jù)。1971年,F.Blaschke提出的矢量控制原理開創(chuàng)了交流伺服傳動的新紀(jì)元。此后出現(xiàn)的直接轉(zhuǎn)矩控制、磁場加速控制、參數(shù)自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制以及建立在微分幾何基礎(chǔ)上的非線性解耦控制等方法,使交流伺服系統(tǒng)的性能達(dá)到一個較高的水平,可以和直流伺服系統(tǒng)的性能相媲美,甚至優(yōu)于直流伺服系統(tǒng)的性能。
微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,使得各種性能的微處理器不斷推出,特別是適用于工業(yè)領(lǐng)域?qū)崟r控制的單片機(jī)和高速數(shù)字信號處理器(DSP)在伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用,大大加快了交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)的進(jìn)程。
綜合交流伺服系統(tǒng)發(fā)展過程和現(xiàn)狀,其發(fā)展趨勢如下:
1)伺服技術(shù)繼續(xù)迅速地由直流伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)向交流化。
2)交流伺服系統(tǒng)向兩大方向發(fā)展:一是簡易、低成本交流伺服系統(tǒng)將迅速發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大;二是向更高性能的全數(shù)字化、智能化軟件伺服的方向發(fā)展。
3)在硬件結(jié)構(gòu)上,由模擬電子器件轉(zhuǎn)向數(shù)字電子器件、微處理器、數(shù)字信號處理器,實(shí)現(xiàn)半數(shù)字化、全數(shù)字化,進(jìn)而由硬件伺服技術(shù)轉(zhuǎn)向軟件伺服技術(shù)發(fā)展,極大地增強(qiáng)了交流伺服系統(tǒng)設(shè)計與使用的柔性。
4)由于微機(jī)控制用于伺服系統(tǒng),模糊控制、人工智能、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等新成果將應(yīng)用于高性能交流伺服系統(tǒng)的研究工作。
5)交流伺服系統(tǒng)所采用的逆變器將逐漸轉(zhuǎn)向高頻化、小型化、無噪聲的逆變器。
6)永磁伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼由采用鐵氧體、稀土鈷轉(zhuǎn)向銣鐵硼發(fā)展,使電機(jī)具有更好的性能價格比。
直流伺服電機(jī)在數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)中曾得到廣泛的應(yīng)用,它具有良好的調(diào)速和轉(zhuǎn)矩特性,但是它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、體積大,而且電機(jī)的電刷容易磨損,換向器會產(chǎn)生火花,使直流伺服電機(jī)的容量和使用場合受到限制。交流伺服電機(jī)沒有電刷和換向器等結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn);并且隨著新型功率開關(guān)器件、專用集成電路、計算機(jī)技術(shù)和控制算法等的發(fā)展,促進(jìn)了交流驅(qū)動電路的發(fā)展,使得交流伺服驅(qū)動的調(diào)速特性更能適應(yīng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求?,F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都傾向采用交流伺服驅(qū)動,交流伺服驅(qū)動大有取代直流伺服驅(qū)動之勢。










