近年來，伺服電機控制技術(shù)正朝著交流化、數(shù)字化、智能化三個方向發(fā)展。作為數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動及保護等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進步，經(jīng)歷了從步進到直流，進而到交流的發(fā)展歷程。本文對其技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作簡要探討。
一、數(shù)控機床伺服系統(tǒng)
?。ㄒ唬╅_環(huán)伺服系統(tǒng)。開環(huán)伺服系統(tǒng)不設(shè)檢測反饋裝置，不構(gòu)成運動反饋控制回路，電動機按數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖工作，對運動誤差沒有檢測反饋和處理修正過程，采用步進電機作為驅(qū)動器件，機床的位置精度完全取決于步進電動機的步距角精度和機械部分的傳動精度，難以達到比較高精度要求。步進電動機的轉(zhuǎn)速不可能很高，運動部件的速度受到限制。但步進電機結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低，且其控制電路也簡單。所以開環(huán)控制系統(tǒng)多用于精度和速度要求不高的經(jīng)濟型數(shù)控機床。
?。ǘ┤]環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要由比較環(huán)節(jié)、伺服驅(qū)動放大器，進給伺服電動機、機械傳動裝置和直線位移測量裝置組成。對機床運動部件的移動量具有檢測與反饋修正功能，采用直流伺服電動機或交流伺服電動機作為驅(qū)動部件?？梢圆捎弥苯影惭b在工作臺的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測器件，來構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的直線位移檢測器安裝在移動部件上，其精度主要取決于位移檢測裝置的精度和靈敏度，其產(chǎn)生的加工精度比較高。但機械傳動裝置的剛度、摩擦阻尼特性、反向間隙等各種非線性因素，對系統(tǒng)穩(wěn)定性有很大影響，使閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)安裝調(diào)試比較復(fù)雜。因此只是用在高精度和大型數(shù)控機床上。
?。ㄈ┌腴]環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理與全閉環(huán)伺服系統(tǒng)相同，同樣采用伺服電動機作為驅(qū)動部件，可以采用內(nèi)裝于電機內(nèi)的脈沖編碼器，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機作為位置/ 速度檢測器件來構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)的反饋信號取自電機軸或絲桿上，進給系統(tǒng)中的機械傳動裝置處于反饋回路之外，其剛度等非線性因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性沒有影響，安裝調(diào)試比較方便。機床的定位精度與機械傳動裝置的精度有關(guān)，而數(shù)控裝置都有螺距誤差補償和間隙補償?shù)软椆δ埽趥鲃友b置精度不太高的情況下，可以利用補償功能將加工精度提高到滿意的程度。故半閉環(huán)伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中應(yīng)用很廣。
二、伺服電機控制性能優(yōu)越
?。ㄒ唬┑皖l特性好。步進電機易出現(xiàn)低速時低頻振動現(xiàn)象。交流伺服電機不會出現(xiàn)此現(xiàn)象，運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能，可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。
?。ǘ┛刂凭雀?。交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。例如松下全數(shù)字式交流伺服電機，對于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。
?。ㄈ┻^載能力強。步進電機不具有過載能力，為了克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩，選型時需要選取額定轉(zhuǎn)矩比負載轉(zhuǎn)矩大很多的電機，造成了力矩浪費的現(xiàn)象。而交流伺服電機具有較強的過載能力，例如松下交流伺服系統(tǒng)中的伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩達到額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服啟動瞬間的慣性力矩。
（四）速度響應(yīng)快。步進電機從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的速度響應(yīng)較快，例如松下MSMA 400W交流伺服電機，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速僅需幾毫秒。
一、數(shù)控機床伺服系統(tǒng)
?。ㄒ唬╅_環(huán)伺服系統(tǒng)。開環(huán)伺服系統(tǒng)不設(shè)檢測反饋裝置，不構(gòu)成運動反饋控制回路，電動機按數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖工作，對運動誤差沒有檢測反饋和處理修正過程，采用步進電機作為驅(qū)動器件，機床的位置精度完全取決于步進電動機的步距角精度和機械部分的傳動精度，難以達到比較高精度要求。步進電動機的轉(zhuǎn)速不可能很高，運動部件的速度受到限制。但步進電機結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低，且其控制電路也簡單。所以開環(huán)控制系統(tǒng)多用于精度和速度要求不高的經(jīng)濟型數(shù)控機床。
?。ǘ┤]環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要由比較環(huán)節(jié)、伺服驅(qū)動放大器，進給伺服電動機、機械傳動裝置和直線位移測量裝置組成。對機床運動部件的移動量具有檢測與反饋修正功能，采用直流伺服電動機或交流伺服電動機作為驅(qū)動部件?？梢圆捎弥苯影惭b在工作臺的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測器件，來構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的直線位移檢測器安裝在移動部件上，其精度主要取決于位移檢測裝置的精度和靈敏度，其產(chǎn)生的加工精度比較高。但機械傳動裝置的剛度、摩擦阻尼特性、反向間隙等各種非線性因素，對系統(tǒng)穩(wěn)定性有很大影響，使閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)安裝調(diào)試比較復(fù)雜。因此只是用在高精度和大型數(shù)控機床上。
?。ㄈ┌腴]環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的工作原理與全閉環(huán)伺服系統(tǒng)相同，同樣采用伺服電動機作為驅(qū)動部件，可以采用內(nèi)裝于電機內(nèi)的脈沖編碼器，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機作為位置/ 速度檢測器件來構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)的反饋信號取自電機軸或絲桿上，進給系統(tǒng)中的機械傳動裝置處于反饋回路之外，其剛度等非線性因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性沒有影響，安裝調(diào)試比較方便。機床的定位精度與機械傳動裝置的精度有關(guān)，而數(shù)控裝置都有螺距誤差補償和間隙補償?shù)软椆δ埽趥鲃友b置精度不太高的情況下，可以利用補償功能將加工精度提高到滿意的程度。故半閉環(huán)伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中應(yīng)用很廣。
二、伺服電機控制性能優(yōu)越
?。ㄒ唬┑皖l特性好。步進電機易出現(xiàn)低速時低頻振動現(xiàn)象。交流伺服電機不會出現(xiàn)此現(xiàn)象，運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能，可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。
?。ǘ┛刂凭雀?。交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。例如松下全數(shù)字式交流伺服電機，對于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。
?。ㄈ┻^載能力強。步進電機不具有過載能力，為了克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩，選型時需要選取額定轉(zhuǎn)矩比負載轉(zhuǎn)矩大很多的電機，造成了力矩浪費的現(xiàn)象。而交流伺服電機具有較強的過載能力，例如松下交流伺服系統(tǒng)中的伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩達到額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服啟動瞬間的慣性力矩。
（四）速度響應(yīng)快。步進電機從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的速度響應(yīng)較快，例如松下MSMA 400W交流伺服電機，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速僅需幾毫秒。
