從70年代后期到80年代初期,隨著微處理器技術(shù)、大功率高性能半導(dǎo)體功率器件技術(shù)和電機(jī)永磁材料制造工藝的發(fā)展及其性能價格比的日益提高,交流伺服技術(shù)—交流伺服電機(jī)和交流伺服控制系統(tǒng)逐漸成為主導(dǎo)產(chǎn)品。交流伺服驅(qū)動技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動化的基礎(chǔ)技術(shù)之一,并將逐漸取代直流伺服系統(tǒng)。
交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動電動機(jī)的類型來分,主要有兩大類:永磁同步(SM型)電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步(IM型)電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)。其中,永磁同步電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于完全成熟,具備了十分優(yōu)良的低速性能,并可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制,拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍,適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動的要求。并且隨著永磁材料性能的大幅度提高和價格的降低,其在工業(yè)生產(chǎn)自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用將越來越廣泛,目前已成為交流伺服系統(tǒng)的主流。感應(yīng)式異步電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)由于感應(yīng)式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)堅固,制造容易,價格低廉,因而具有很好的發(fā)展前景,代表了將來伺服技術(shù)的方向。但由于該系統(tǒng)采用矢量變換控制,相對永磁同步電動機(jī)伺服系統(tǒng)來說控制比較復(fù)雜,而且電機(jī)低速運(yùn)行時還存在著效率低,發(fā)熱嚴(yán)重等有待克服的技術(shù)問題,目前并未得到普遍應(yīng)用。
系統(tǒng)的執(zhí)行元件一般為普通三相鼠籠型異步電動機(jī),功率變換器件通常采用智能功率模塊IPM。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能,可采用位置和速度閉環(huán)控制。三相交流電流的跟隨控制能有效地提高逆變器的電流響應(yīng)速度,并且能限制暫態(tài)電流,從而有利于IPM的安全工作。速度環(huán)和位置環(huán)可使用單片機(jī)控制,以使控制策略獲得更高的控制性能。電流調(diào)節(jié)器若為比例形式,三個交流電流環(huán)都用足夠大的比例調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制,其比例系數(shù)應(yīng)該在保證系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的前提下盡量選大些,使被控異步電動機(jī)三相交流電流的幅值、相位和頻率緊隨給定值快速變化,從而實(shí)現(xiàn)電壓型逆變器的快速電流控制。電流用比例調(diào)節(jié),具有結(jié)構(gòu)簡單、電流跟隨性能好以及限制電動機(jī)起制動電流快速可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。 1.3 交直流伺服技術(shù)的比較直流伺服驅(qū)動技術(shù)受電機(jī)本身缺陷的影響,其發(fā)展受到了限制。直流伺服電機(jī)存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn),在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱,影響了與其連接的其他機(jī)械設(shè)備的精度,難以應(yīng)用到高速及大容量的場合,機(jī)械換向器則成為直流伺服驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
交流伺服電機(jī)克服了直流伺服電機(jī)存在的電刷、換向器等機(jī)械部件所帶來的各種缺點(diǎn),特別是交流伺服電機(jī)的過負(fù)荷特性和低慣性更體現(xiàn)出交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性。所以交流伺服系統(tǒng)在工廠自動化(FA)等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
從伺服驅(qū)動產(chǎn)品當(dāng)前的應(yīng)用來看,直流伺服產(chǎn)品正逐漸減少,交流伺服產(chǎn)品則日漸增加,市場占有率逐步擴(kuò)大。在實(shí)際應(yīng)用中,精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服產(chǎn)品已經(jīng)成為主流產(chǎn)品。