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交流伺服系统的发展和展望

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-01-19  来源:中仪学院  浏览次数:255
核心提示:交流伺服这样一种扮演重要支柱技术角色的自动控制系统,在许多高科技领域得到了非常广泛的应用,如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、雷达和各种军用武器随动系统、以及柔性制造系(FMSFlexibleManufacturingSystem)等。
       目前,基于稀土永磁体的交流永磁伺服驱动系统,能提供最高水平的动态响应和扭矩密度。所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流和步进调速驱动,以便使系统性能达到一个全新的水平,包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。因此,交流伺服这样一种扮演重要支柱技术角色的自动控制系统,在许多高科技领域得到了非常广泛的应用,如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、雷达和各种军用武器随动系统、以及柔性制造系(FMSFlexibleManufacturingSystem)等。
  
    近10年来,永磁同步动机性能快速提高,与感应电动机和普通同步电动机相比,其控制简单、良好的低速运行性能及较高的性价比等优点使得永磁无刷同步电动机逐渐成为交流伺服系统执行电动机的主流。尤其是在高精度、高性能要求的中小功率伺服领域。而交流异步伺服系统仍主要集中在性能要求不高的、大功率伺服领域。
  
  自20世纪80年代后期以来,随着现代工业的快速发展,对作为工业设备的重要驱动源之一的伺服系统提出了越来越高的要求,研究和发展高性能交流伺服系统成为国内外同仁的共识。有些努力已经取得了很大的成果,“硬形式”上存在包括提高制作电机材料的性能,改进电机结构,提高逆变器和检测元件性能、精度等研究方向和努力。“软形式”上存在从控制策略的角度着手提高伺服系统性能的研究和探索。如采用“卡尔曼滤波法”估计转子转速和位置的“无速度传感器化”;采用高性能的永磁材料和加工技术改进PMSM转子结构和性能,以通过消除/削弱因齿槽转矩所造成的PMSM转矩脉动对系统性能的影响;采用基于现代控制理论为基础的具有将强鲁棒性的滑模控制策略以提高系统对参数摄动的自适应能力;在传统PID控制基础上进入非线性和自适应设计方法以提高系统对非线性负载类的调节和自适应能力;基于智能控制的电机参数和模型识别,以及负载特性识别。
  
  对于发展高性能交流伺服系统来说,由于在一定条件下,作为“硬形式”存在的伺服电机、逆变器以相应反馈检测装置等性能的提高受到许多客观因数的制约;而以“软形式”存在的控制策略具有较大的柔性,近年来随着控制理论新的发展,尤其智能控制的兴起和不断成熟,加之计算机技术、微电子技术的迅猛发展,使得基于智能控制的先进控制策略和基于传统控制理论的传统控制策略的“集成”得以实现,并为其实际应用奠定了物质基础。
  
  伺服电机自身是具有一定的非线性、强耦合性及时变性的“系统”,同时伺服对象也存在较强的不确定性和非线性,加之系统运行时受到不同程度的干扰,因此按常规控制策略很难满足高性能伺服系统的控制要求。为此,如何结合控制理论新的发展,引进一些先进的“复合型控制策略”以改进“控制器”性能是当前发展高性能交流伺服系统的一个主要“突破口”。
 
关键词: 交流伺服系统
 
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