数控系统伺服电机控制

    近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展。作为数控机床的
执行机构，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、数控机床伺服系统

 

　　（一）开环伺服系统。开环伺服系统不设检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电
动机按数控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，机床的位置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，难以达到比较高精度要求。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数控机床。

 

　　（二）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检测器件，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
的加工精度比较高。但机械传动装置的刚度、摩擦阻尼特性、反向间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。因此只是用在高精度和大
型数控机床上。

 

　　（三）半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的工作原理与全闭环伺服系统相同，同样采用
伺服电动机作为驱动部件，可以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。机床的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
偿功能将加工精度提高到满意的程度。故半闭环伺服系统在数控机床中应用很广。

 

　　二、伺服电机控制性能优越

 

　　（一）低频特性好。步进电机易出现低速时低频振动现象。交流伺服电机不会出现此现
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）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，驱动器每接收 217=131072 个

脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为

360°/131072=9.89 秒。是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲