２００９年第２０期

（总第１３１期）

中国高新技术企业

Ｃｈｉｎｅｓｅ ｈｉ－ｔｅｅｈ

ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ

Ｎｏ．２０．２００９

（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．１３１）

伺服电机控制技术的发展应用

蒋景强

（龙岩烟草工业有限责任公司，福建龙岩３６４０００）

摘要：随着现代电机控制理论的发展，伺服电机控制技术成为重要的组成部分，并朝着数字化、智能化方向发展。文章介

绍了伺服电机低频特性好、速度响应快、控制精度高、过载能力强、矩频特性佳等性能。

关键词：伺服电机；低频特性；速度响应；控制精度；过载能力；矩频特性

中图分类号：ＴＢ９３１

文献标识码：Ａ

文章编号：１００９—２３７４（２００９）２０－－００４６－０２

近年来，伺服电机控制技术正朝着数字化、智能化的方向发

展。伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并

随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代

控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。

一、伺服控制系统

（一）开环伺服系统

开环伺服系统不设置检测反馈装置，不构成运动反馈控制

回路，电动机按装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检

测反馈和处理修正过程，采用步进电机作为驱动器件．精度完
全取决于步进电动机的步距角精度和机械部分的传动精度，难

以达到高精度要求。步进电动机的转速不可能很高，运动部件
的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且

其控制电路也简单。所以开环控制系统多用于精度和速度要求

不高的经济型设备。

（二）半闭环伺服系统

半闭环伺服系统采用内装于电机内的脉冲编码器，无刷旋

转变压器或测速发电机作为位置，速度检测器件来构成半闭环

位置控制系统，其系统的反馈信号取自电机轴或丝杆上，进给

系统中的机械传动装置处于反馈回路之外，其刚度等非线性因

素对系统稳定性没有影响，安装调试比较方便。定位精度与机

械传动装置的精度有关，而数控装置都有螺距误差补偿和间隙

补偿等项功能，在传动装置精度不太高的情况下。可以利用补

偿功能将加下精度提高到满足的程度。故半闭环伺服系统在数

控机床中应用很广。

（三）全闭环伺服系统

闭环伺服系统主要由比较环节、伺服驱动放大器，进给伺

服电动机、机械传动装置和直线位移测量装置组成。对机床运

动部件的移动量具有检测与反馈修正功能，采用直流伺服电动

机或交流伺服电动机作为驱动部件。可以采用直接安装在工作

台的光栅或感应同步器作为位置榆测器件，来构成高精度的全

闭环位置控制系统。系统的直线位移检测器安装在移动部件

上，其精度主要取决于位移检测装置的精度和灵敏度，其产生

的加丁：精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反

向问隙等各种非线性因素，对系统稳定性有很大影响，使闭环
进给伺服系统安装调试比较复杂。

二、伺服电机控制性能优越

（一）低频特性好

步进电机易出现，氐速时低频振动现象。交流伺服电机不会

——４６～

出现此现象，运转非常平稳，交流伺服系统具有共振抑制功能。
可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能，可

检测出机械的共振点，便于系统调整。

（二）速度响应快

步进电机从静止加速到额定转速需要２００—４００１１１５。交流伺

服系统的速度响应较快，有的交流伺服电机，从静止加速到其

额定转速仅需几毫秒。

（三）控制精度高

交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保

证。例如松下全数字式交流伺服电机，对于带１７位编码器的电

机而言，其脉冲当量为９．８９秒，是步距角为１．８０的步进电机的

脉冲当量的１／６５５。

（四）过载能力强

步进电机不具有过载能力，为了克服惯性负载在启动瞬间

的惯性力矩，选型时需要选取额定转矩比负载转矩大很多的电

机，造成了力矩浪费的现象。而交流伺服电机具有较强的过载

能力，例如松下交流伺服系统中的伺服电机的最大转矩达到额

定转矩的三倍，可用于克服启动瞬间的惯性力矩。

（五）矩频特性佳

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时

转矩会急剧下降，所以其最高工作转速一般在３００—６００１＂ｐｍ。交

流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速以内，都能输出额

定转矩。

三、伺服电机控制展望

伺服电机控制技术的发展推动加工技术的高速高精化。９０

年代以来，数控系统逐渐应用伺服电机作为驱动器件。交流伺

服电机内是元刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转

速和功率的提高。目前交流伺服系统已在很大范围内取代了直

流伺服系统。

另外，先进传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电

动机调速系统的动态响应性能和定位精度。交流伺服电机调速

系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值

编码器作为位置、速度传感器．其传感器具有小于１恤ｓ的响应

时间。伺服电动机本身也在向高速方向发展，与上述高速编码

器配合实现了６０ｍ／ｍｉｎ甚至１００ｍ／ｍｉｎ的快速进给和ｌｇ的加速

度。为保证高速时电动机旋转更加平滑，改进了电动机的磁路

万方数据