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由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机,使伺服系统实现了直接驱动,革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素,使带宽达到50赫,并应用在远程导弹,人造卫星,精密指挥仪等场所,伺服系统的精度主要决定于所用的测量元件的精度.
因此,在伺服系统中必须采用高精度的测量元件,如精密电位器,自整角机,旋转变压器,光电编码器,光栅,磁栅和球栅等,此外,也可采取附加措施来提高系统的精度,例如将测量元件(如自整角机)的测量轴通过减速器与转轴相连.
使转轴的转角得到放大,来提高相对测量精度,采用这种方案的伺服系统称为精测粗测系统或双通道系统,通过减速器与转轴啮合的测角线路称精读数通道,直接取自转轴的测角线路称粗读数通道,典型机型20世纪80年代以来.
随着集成电路,电力电子技术和交流可变速伺服系统驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展,各国电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新,交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向.
使原来的直流伺服面临被淘汰的危机,90年代以后,世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动,交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异,永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较:主要优势:1.
无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低,2,定子绕组散热比较方便,3,惯量小,易于提高系统的快速性,4,适应于高速大力矩工作状态,5,同功率下有较小的体积和重量,主要劣势:1,永磁交流伺服系统采用了编码器检测磁极位置.
算法复杂,2,交流伺服系统维修比较麻烦,因为电路结构复杂,3,交流伺服驱动器可靠性不如直流伺服,因为板件太过于精密,到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品,整个伺服装置市场都转向了交流系统.
早期的模拟系统在诸如零漂,抗干扰,可靠性,精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,随着微处理器,数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行,高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机.
控制驱动器多采用快速,准确定位的全数字位置伺服系统,发展趋势现代交流伺服系统,经历了从模拟到数字化的转变,数字控制环已经无处不在,比如换相,电流,速度和位置控制,采用功率半导体器件,高性能DSP加FPGA.
以及伺服模块也不足为奇,国际厂商伺服产品每5年就会换代,新的功率器件或模块每2-2,5年就会更新一次,新的软件算法则日新月异,之产品生命周期越来越短,结国内外伺服厂家的技术路线和产品路线,结合市场需求的变化.
可以看到以下一些新发展趋势:[3]高效率化:尽管这方面的工作早就在进行,但是仍需要继续加强,主要包括电机本身的高效率比如永磁材料性能的改进和更好的磁铁安装结构设计,也包括驱动系统的高效率化,包括逆变器驱动电路的优化.
加减速运动的优化,再生制动和能量反馈以及更好的冷却方式等,直接驱动:直接驱动包括采用盘式电机的转台伺服驱动和采用直线电机的线性伺服驱动,由于消除了中间传递误差,从而实现了高速化和高定位精度,直线电机容易改变形状的特点可以使采用线性直线机构的各种装置实现小型化和轻量化.
高速,高精,高性能化:采用更高精度的编码器(每转百万脉冲级),更高采样精度和数据位数,速度更快的DSP,无齿槽效应的高性能旋转电机,直线电机,以及应用自适应,人工智能等各种现代控制策略,不断将伺服系统的指标提高.
一体化和集成化:电动机,反馈,控制,驱动,通讯的纵向一体化成为当前小功率伺服系统的一个发展方向,有时我们称这种集成了驱动和通讯的电机叫智能化电机(SmartMotor),有时我们把集成了运动控制和通讯的驱动器叫智能化伺服驱动器.
电机,驱动和控制的集成使三者从设计,制造到运行,维护都更紧密地融为一体,但是这种方式面临更大的技术挑战(如可靠性)和工程师使用惯的挑战,因此很难成为主流,在整个伺服市场中是一个很小的有特色的部分,通用化:通用型驱动器配置有大量的参数和丰富的菜单功能.
便于用户在不改变硬件配置的条件下,方便地设置成V/F控制,无速度传感器开环矢量控制,闭环磁通矢量控制,永磁无刷交流伺服电动机控制及再生单元等五种工作方式,适用于各种场合,可以驱动不同类型的电机,比如异步电机.
永磁同步电机,无刷直流电机,步进电机,也可以适应不同的传感器类型甚至无位置传感器,可以使用电机本身配置的反馈构成半闭环控制系统,也可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度全闭环控制系统,智能化:现代交流伺服驱动器都具备参数记忆.
故障自诊断和分析功能,绝大多数进口驱动器都具备负载惯量测定和自动增益调整功能,有的可以自动辨识电机的参数,自动测定编码器零位,有些则能自动进行振动抑止,将电子齿轮,电子凸轮,同步跟踪,插补运动等控制功能和驱动结合在一起.
对于伺服用户来说,则提供了更好的体验,网络化和模块化:将现场总线和工业以太网技术,甚至无线网络技术集成到伺服驱动器当中,已经成为欧洲和美国厂商的常用做法,现代工业局域网发展的重要方向和各种总线标准竞争的焦点就是如何适应高性能运动控制对数据传输实时性.
