数控转塔冲床伺服电机主传动的研究(3)

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1.3伺服电机控制系统的发展

20世纪80年代以来，集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的快速发展，推动了永磁交流伺服驱动技术的进展，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。90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。随着永磁同步电动机控制系统的发展，各种控制技术的也不断成熟，比如SVPWM、DTC、SVM-DTC、MRAS等方法都得到了应用。然而，在实际应用中，各种控制策略还存在着低速特性不够理想、过分依赖于电机的参数等的不足，因此，研究控制策略中存在的问题对伺服系统的完善有着重大的意义。

1971年，德国学者提出交流电机的矢量变换控制的新方法，这种研究方法对交流伺服电机控制系统影响巨大。这种方法利用磁场定向构成矢量变换交流闭环控制系统，其控制性能完全可以媲美于直流系统。

随后，随着电力电子、微电子、计算机技术和永磁材料科学快速发展，永磁伺服电机应用的推广，矢量控制技术也得以迅速应用。矢量控制起源于机电能量转换、电机统一理论和空间矢量理论，这种技术最初应用于三相感应电动机，随后发展为三相永磁同步电机。矢量控制依靠观测转子磁场进行数据分析，永磁同步电机采用永磁体做转子，参数较固定，相比于三相感应电动机具有更理想的观测结果，所以矢量控制永磁同步电机在小功率和高精度的场合应用广泛。

1985年，由德国鲁尔大学Mr.Depenbrock教授首次提出了直接转矩控制的理论，随后推广到弱磁调速范围。在矢量控制技术的实践应用中，电机参数的变化容易影响三相感应电动机的特性，而直接转矩控制很好的解决了这个问题。直接转矩控制理念自推出来就受到普遍的关注并得到了快速的发展。目前，直接转矩控制技术得到改良并广泛应用，而德国、日本、美国最早研究这种技术，并极大的推动了直接转矩控制技术的运用。

20世纪90年代后，交流伺服电机的各种支撑技术高速发展，高速度、高集成度、低成本的微处理器得到推广及商品化，使交流伺服系统的全数字化成为可能。通过微机控制，电机的调速性能有很大的提高，能实现复杂的矢量控制与直接转矩控制；在实践方面，简化了硬件，降低了成本，并提高了控制精度，还具有保护、显示、故障监视、自诊断、自调试及自复位等功能。另外，改变控制策略、修正控制参数和模型变得简单易行，也很大的提高了系统的柔性、可靠性及实用性。近几年，在先进的数控交流伺服系统中，多家公司都推出了专门用于电机控制的芯片，这些先进的系统能迅速完成系统速度环、电流环以及位置环的精密快速调节和复杂的矢量控制，保证用于电机控制的算法，如直接转矩控制、矢量控制、神经网络控制等都可以高速、高精度地完成。因此，采用高性能数字信号处理器的全数字交流永磁伺服智能控制系统成了现代伺服驱动系统的一个重要发展趋势。

1.4电机伺服控制技术简介

伺服控制：通常是指闭环控制，即通过反馈环节，是基于测量被控制对象的变化用以修正电机输出的控制技术。

在一些简单的应用场合，可仅采用开环控制，开环控制不具有反馈作用。如，给直流有刷电机的两根引线通电，电机就会旋转；施加的电压越高，电机转速越高，力量越大。而在一些高精密控制的场合，这种方式就远远不够了，这还需要依靠一定的反馈装置，将电机的转速或位置信息反馈给微控制器或其他的机械装置，通过一定的算法变成可以调节电机控制信号的输出，从而使电机的实际转速、位置等参数与我们所希望的一致，达到精确控制电机运动的目的。