張繼鵬 白繼剛 張泉

摘 要 隨著現(xiàn)代化進程的不斷加快，國家的工業(yè)現(xiàn)代化建設也逐漸加快了速度。各種工業(yè)設備的現(xiàn)代化發(fā)展是實現(xiàn)制造工業(yè)現(xiàn)代化的基礎環(huán)節(jié)，這將直接關系到我國的現(xiàn)代化發(fā)展規(guī)模和速度。伺服控制系統(tǒng)是實現(xiàn)機械運動的最直接控制要素。它通過對電機內部結構的精細化控制，極大程度的決定了電機的使用性能。本文通過對永磁同步電機的工作原理進行簡要介紹，重點對伺服控制技術在電機工作中的應用加以探討，從而進一步推動我國現(xiàn)代工業(yè)機械化的智能化水平。

【關鍵詞】永磁同步電機 伺服控制技術 工業(yè)智能化

進入新世紀以來，各種制造行業(yè)實現(xiàn)了突破性的發(fā)展。隨著現(xiàn)代信息技術水平的不點更新，工業(yè)制造行業(yè)與計算機微電子等方向進行了有機的融合，從而使得現(xiàn)代工業(yè)實現(xiàn)了低投高產的巨大經濟效益。電機作為機械運行的中樞環(huán)節(jié)，對機械性能有著最為直接的影響。永磁同步電機作為現(xiàn)代機械中較為高端的服務電機，結合以伺服控制技術，實現(xiàn)了對電機內部運行的精細化控制，極大的促進了電機的使用性能，成為各個國家的現(xiàn)代先進制造行業(yè)中的核心技術。

1 伺服系統(tǒng)簡介

1.1 伺服系統(tǒng)基本構成和工作原理

伺服系統(tǒng)實際上是一種對機械工作過程實現(xiàn)精細化控制的反饋控制系統(tǒng)，但多用于對機械的運動矢量進行控制，例如位移點、位移速度與加速度變化過程。該技術采用數(shù)字化交流正弦波控制和最優(yōu)PID算法完成PWM控制過程，按預定控制要求進行數(shù)據處理，進而對機械位移過程進行準確的跟蹤和實時監(jiān)測。作為反饋控制系統(tǒng)中的一員，其基本組成結構仍然符合反饋控制系統(tǒng)的要求和特點。

伺服控制系統(tǒng)本身不具有多樣性，但其主要應用在機電一體化的控制環(huán)節(jié)中，因而具有了多樣化的特點。

1.2 當下伺服系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷程快速，經歷了從數(shù)據模擬到全數(shù)字化的完美轉變，數(shù)字控制環(huán)已經在換相、電流和位置控制等伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。高性能的DSP和FPGA以及IR推出的伺服系統(tǒng)專用引擎也在國際市場上頻繁的出現(xiàn)，因此，盡管伺服系統(tǒng)作為現(xiàn)代制造工業(yè)的高端系統(tǒng)設備，在市場上的顯現(xiàn)證明了發(fā)展的良好態(tài)勢。

2 永磁同步電機伺服控制特點

電機驅動中一般分為轉臺伺服驅動和線性伺服驅動，中間傳遞誤差可以盡可能的被消除，進而實現(xiàn)高精度運轉和工作。在永磁電機伺服系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)中，一般分為10個單元：整流電源是電機運行的動力基礎，在其內部，有電流傳感器、編碼器、位置調節(jié)器、速度調節(jié)器、電流調節(jié)器、空間矢量調節(jié)系統(tǒng)和坐標轉換調節(jié)系統(tǒng)。在預設環(huán)節(jié)，程序對電流強弱和通路進行控制，經過編碼器的識別形成機械語言，傳遞給運動矢量調節(jié)器（位移控制器和速度控制器），此時電流數(shù)據出現(xiàn)新的變化，電流調節(jié)器開始發(fā)揮作用，將機械語言再次轉化為外界空間語言對機械操作進行“監(jiān)控”和反饋，從而實現(xiàn)整個機械通路的工作。

根據市場監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據進行分析可以發(fā)現(xiàn)，國際伺服產品每隔五年左右就會進行換代更新，新的軟件算法也在日新月異的發(fā)展，使永磁電機發(fā)展出現(xiàn)了新的趨勢。

2.1 一體化和集成化提高

永磁電動機與伺服系統(tǒng)有機結合的縱向一體化發(fā)展成為當前小功率伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一。這種集合了驅動和通訊的電動機也被稱為智能化電機，從而將驅動和控制緊密的聯(lián)系在了一起，將電機設計、制造和運行維護都緊密的融為一體。但永磁同步電機和伺服系統(tǒng)結合難度大，其中有許多技術方面都存在著挑戰(zhàn)，因此在實際運行中，很難在市場中占據主流地位。

2.2 通用化程度提高

現(xiàn)代工程施工和加工操作的環(huán)境多樣，對機械的需求樣式也在增多，不同的電動機規(guī)格對制造成本有著很大的影響。伺服系統(tǒng)中可以配置大量的參數(shù)和菜單執(zhí)行功能，使用戶方便對電動機的矢量進行調節(jié)控制，不同類型的電動機本身還可以通過伺服系統(tǒng)使自身反饋構成半閉環(huán)控制系統(tǒng)或全閉環(huán)控制系統(tǒng)，擴大電動機的適用范圍。

2.3 高性能化指標提高

現(xiàn)代伺服控制技術大多具備參數(shù)記憶和故障自診斷功能，對不同型號的永磁電動機可以進行自動識別和調整，將測點進行編碼器歸位，電子齒輪運轉時的自動跟蹤也會對輸入的電流進行適時調配，每秒百萬脈沖級的采樣精度設計和數(shù)據位數(shù)設計、DSP分析速度的提升以及無齒槽效應的配合使用，從而在實現(xiàn)電機內部結構小型化和輕量化的同時，對電機運轉和工作的指標得以提高。

3 結語

工業(yè)化是現(xiàn)代社會發(fā)展的重要標志，也是實現(xiàn)未來國家發(fā)展的直接動力。信息化水平的不斷提高，使現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出智能化趨勢。永磁同步電機伺服系統(tǒng)反饋控制技術作為高新技術產業(yè)中的一項重要成果，對未來機械制造產業(yè)的發(fā)展具有非常大的潛力。因此，要積極對機電一體化相關技術進行探究，盡快實現(xiàn)我國機械制造業(yè)的智能化發(fā)展。

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作者簡介

張繼鵬（1971-），男，碩士研究生學歷。現(xiàn)為包頭市永磁電機研究所高級工程師。研究方向為稀土永磁電機及其控制。

作者單位

1.包頭市永磁電機研究所 內蒙古自治區(qū)包頭市 014030

2.包頭長安永磁電機有限公司 內蒙古自治區(qū)包頭市 014030