提高伺服電機動態性能的重要性

　　隨著伺服電動機在工業中的廣泛應用，高動態性能的的伺服驅動器和伺服電動機的設計和研究必將成為國內研究的一個熱點，同時，如何提高伺服電動機的動態特性，也已經成為急待解決的問題。

　　伺服系統在動態調節過程中的性能指標稱為動態性能指標，如超調量、跟隨速度、跟隨精度、調節時間、抗干擾能力等。

　　伺服系統最早被應用到軍事、航天領域，伴隨工業化的腳步，逐漸進入到工業領域和民用領域，在生產實踐中，伺服系統的應用早已非常廣泛。

　　1、在數控機床中，采用高端永磁交流伺服代替異步變頻驅動似乎已成為標準。90年代以來，歐美各國致力開發應用高速數控機床，在相同分辨率的情況下，工作臺的進給速度獲得到大大提升。當今數控系統機床更是突出高速、高精度、高動態、高剛性的特點。我們已經看到國產伺服在經濟型的數控機床上的應用，但在中高檔機床上國產伺服仍達不到要求，性能是一個重要方面，穩定性和品牌效應也是短時間內無法跨越的障礙。

　　2、機器人也是伺服系統應用較多的領域，工業機器人擁有多個自由度，因此每臺工業機器人需要的伺服電機少則3-4臺，多則10臺以上。目前工業機器人的擁有量已經超過100萬臺，而且每年的需求量仍在大幅度增加。國際上工業機器人巨頭大多都有自己專屬的伺服配套，近些年也開始有國內的伺服廠家開始走進機器人行業，盡管性能上還是有不小差距。

　　3、紡織行業的伺服應用比例很低，為了提高生產效率，部分紡織機械開始采用高檔的伺服技術，但幾乎用的都是進口品牌，價格因素導致伺服系統在紡織行業沒有大面積普及應用。若是國產伺服在保持價格優勢的同時，提高產品性能，將會大大推動整個行業的發展。

　　除此之外，印刷機械、包裝機械、醫療設備、冶金機械、自動化流水線等都對伺系統有很大的需求量。從中也可以看到提高伺服系統的性能對于各行業發展的重要性，除了價格因素之外，買家對于伺服電機的關注點主要有：

　　? 動態響應快，動態響應是伺服系統重要的動態性能指標，要求系統跟隨給定快、超調量小、甚至無超調

　　? 精度高，伺服系統的精度是指輸出量跟隨給定值的精確程度，如精密加工的機床，要求很高的定位精度

　　? 抗擾動能力強，在各種擾動作用下系統輸出動態變化小，恢復時間快

　　? 與行業相關的解決方案，如電子凸輪、追剪、飛剪等控制技術的應用

　　伺服系統主要由伺服電機和驅動器兩部分組成。驅動器在控制系統中作為命令元件，伺服電機在控制系統中作為執行元件，兩者是控制系統的重要組成部分。伺服系統的的動態性能很多程度上取決于這兩個部分。其中，響應帶寬是衡量動態性能的一項重要指標，帶寬越高，伺服系統的輸出跟隨輸入指令的能力就越強，動態性能就越好。

　　《交流伺服驅動器通用技術條件》(JB T 10184-2000)中規定了伺服驅動器速度環帶寬的測試方法：驅動器輸入正弦波轉速指令，其幅值為額定轉速指令值的0.01倍，頻率由1Hz逐漸升高，記錄電動機對應的轉速曲線，隨著指令正弦頻率的提高，電動機轉速的波形曲線對指令正弦波曲線的相位滯后逐漸增大，而幅值逐漸減小。相位滯后增大至90度時的頻率作為伺服系統90度相移的頻帶寬度;幅值減小至低頻時0.707倍的頻率作為伺服系統-3dB頻帶寬度。

　　圖 頻帶寬度掃描波形

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