介紹了永磁交流伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，對(duì)相關(guān)的伺服技術(shù)特別是逆變器及調(diào)制、速度檢測(cè)、PID參數(shù)自整定、無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)永磁交流伺服系統(tǒng)的美好前景進(jìn)行了展望。   

    自20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著現(xiàn)代電機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等支撐技術(shù)的快速發(fā)展，交流伺服控制技術(shù)的發(fā)展得以極大的邁進(jìn)，使得先前困擾著交流伺服系統(tǒng)的電機(jī)控制復(fù)雜、調(diào)速性能差等問(wèn)題取得了突破性的進(jìn)展，交流伺服系統(tǒng)的性能日漸提高，價(jià)格趨于合理，使得交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)尤其是在高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域成了現(xiàn)代電伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。  

    伺服控制技術(shù)是決定交流伺服系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國(guó)外交流伺服技術(shù)封鎖的主要部分。隨著國(guó)內(nèi)交流伺服用電機(jī)等硬件技術(shù)逐步成熟，以軟形式存在于控制芯片中的伺服控制技術(shù)成為制約我國(guó)高性能交流伺服技術(shù)及產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸。研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能交流伺服控制技術(shù)，尤其是最具應(yīng)用前景的永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服控制技術(shù)，是非常必要的。 

    1 交流永磁伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 

    給出了交流永磁伺服控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化的基本結(jié)構(gòu)框圖。除電機(jī)外，系統(tǒng)主要包括功率驅(qū)動(dòng)單元、位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器、位置反饋單元、電流反饋單元、通訊接口單元等。   

   ·稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)  

    稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)是使用最多的伺服電機(jī)品種。這種電機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、易維護(hù)或免維護(hù);體積小，質(zhì)量輕;損耗少，效率高，現(xiàn)今的永磁同步電動(dòng)機(jī)定子多采用三相正弦交流電驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)子一般由永磁體磁化為3-4對(duì)磁極，產(chǎn)生正弦磁動(dòng)勢(shì)。高性能的永磁同步電動(dòng)機(jī)由電壓源型逆變器驅(qū)動(dòng)，采用高分辨率的絕對(duì)式位置反饋裝置。高性能的交流伺服系統(tǒng)要求永磁同步電動(dòng)機(jī)盡量具有線性的數(shù)學(xué)模型。這就需要通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生正弦磁動(dòng)勢(shì)，并改進(jìn)定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，消除齒槽力矩，減小電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。這樣通過(guò)對(duì)電機(jī)本體的設(shè)計(jì)來(lái)提高其控制特性。 

    國(guó)外各大伺服驅(qū)動(dòng)廠商和電機(jī)制造商均有性能優(yōu)良的永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品，功率一般在50W-20kW之間。國(guó)內(nèi)由于資金和技術(shù)的限制，研究和產(chǎn)品多集中在低價(jià)位、性能較差的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)上。一些院校和研究所的永磁同步電動(dòng)機(jī)多為特殊設(shè)計(jì)，應(yīng)用于航天、國(guó)防等特殊場(chǎng)合的特種電動(dòng)機(jī)。北京四通、上海開(kāi)通、西安微電機(jī)研究所和華中數(shù)控等少數(shù)單位研制出部分產(chǎn)品，但都未形成規(guī)模，不具有與國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的能力。   

    ·功率驅(qū)動(dòng)單元 

    功率驅(qū)動(dòng)單元采用三相全橋不控整流，三相正弦PWM電壓型逆變器變頻的AC-DC-AC結(jié)構(gòu)。為避免上電時(shí)出現(xiàn)過(guò)大的瞬時(shí)電流以及電機(jī)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生很高的泵升電壓，設(shè)有軟啟動(dòng)電路和能耗泄放電路。逆變部分采用集驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路和功率開(kāi)關(guān)于一體的智能功率模塊(IPM)，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)20kHz。 

    ·控制單元 

    控制單元是整個(gè)交流伺服系統(tǒng)的核心,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩和電流控制器。 

數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)被廣泛應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng),各大公司推出的面向電機(jī)控制的專用DSP芯片,除具有快速的數(shù)據(jù)處理能力外，還集成了豐富的用于電機(jī)控制的專用集成電路，如A/D轉(zhuǎn)換器、PWM發(fā)生器、定時(shí)計(jì)數(shù)器電路、異步通訊電路、CAN總線收發(fā)器以及高速的可編程靜態(tài)RAM和大容量的程序存儲(chǔ)器等。