1  概述
    隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是微電子、計(jì)算機(jī)、電力半導(dǎo)體和電機(jī)制造技術(shù)取得巨大技術(shù)進(jìn)步，使得位置伺服這樣一種扮演重要支柱技術(shù)角色的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在許多高科技領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，如激光加工、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、大規(guī)模集成電路制造、辦公自動(dòng)化設(shè)備、雷達(dá)和各種軍用武器隨動(dòng)系統(tǒng)、以及柔性制造系統(tǒng)(FMS-Flexible Manufacturing System)等。
    位置伺服系統(tǒng)，一般是以足夠的位置控制精度(定位精度)、位置跟蹤精度(位置跟蹤誤差)和足夠快的跟蹤速度作為它的主要控制目標(biāo)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)要求能以一定的精度隨時(shí)跟蹤指令的變化，因而系統(tǒng)中伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度常常是不斷變化的。故伺服系統(tǒng)在跟蹤性能方面的要求一般要比普通調(diào)速系統(tǒng)高且嚴(yán)格得多。由于直流電動(dòng)機(jī)存在電刷和換向器的限制，以及直流伺服系統(tǒng)生產(chǎn)、維護(hù)成本高。伴隨著新的控制器件和電機(jī)控制方法的出現(xiàn)，交流伺服系統(tǒng)的已經(jīng)廣泛地替代了直流伺服系統(tǒng)。

2  交流伺服系統(tǒng)的分類
    交流伺服系統(tǒng)根據(jù)其處理信號(hào)的方式不同，可以分為模擬式伺服、數(shù)字模擬混合式伺服和全數(shù)字式伺服;如果按照使用的伺服電動(dòng)機(jī)的種類不同，又可分為三種:一種是用永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng)，包括方波永磁同步電動(dòng)機(jī)(無刷直流機(jī))伺服系統(tǒng)和正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng);另一種是用鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的伺服系統(tǒng)。二者的不同之處在于永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)中需要采用磁極位置傳感器而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)中含有滑差頻率計(jì)算部分。若采用微處理器軟件實(shí)現(xiàn)伺服控制，可以使永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)和鼠籠型異步伺服電動(dòng)機(jī)使用同一套伺服放大器。
    所謂數(shù)字控制是指系統(tǒng)的主要部分由數(shù)字運(yùn)算元件構(gòu)成，數(shù)字控制可分二類:一類為硬件方式，即數(shù)字元件的工作不用軟件而僅用硬件。它包括數(shù)字電路硬件控制、專用集成電路(ASIC)和超大規(guī)模集成電路硬件控制;另一類為軟件方式，即數(shù)字元件通過軟件進(jìn)行工作。
表1給出了鼠籠型異步伺服電動(dòng)機(jī)和永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和比較。

表1 交流伺服電動(dòng)機(jī)的比較

3  交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展與數(shù)字化控制的優(yōu)點(diǎn)
    伺服系統(tǒng)的發(fā)展緊密地與伺服電動(dòng)機(jī)的不同發(fā)展階段相聯(lián)系，伺服電動(dòng)機(jī)至今已有50多年的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了3個(gè)主要發(fā)展階段:
    第一個(gè)發(fā)展階段(20世紀(jì)60年代以前)，此階段是以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓伺服馬達(dá)或以功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)為中心的時(shí)代，伺服系統(tǒng)的位置控制為開環(huán)系統(tǒng)。
    第二個(gè)發(fā)展階段(20世紀(jì)60－70年代)，這一階段是直流伺服電動(dòng)機(jī)的誕生和全盛發(fā)展的時(shí)代，由于直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，很多高性能驅(qū)動(dòng)裝置采用了直流電動(dòng)機(jī)，伺服系統(tǒng)的位置控制也由開環(huán)系統(tǒng)發(fā)展成為閉環(huán)系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域，永磁式直流電動(dòng)機(jī)占統(tǒng)治地位，其控制電路簡單，無勵(lì)磁損耗，低速性能好。
    第三個(gè)發(fā)展階段(20世紀(jì)80年代至今)，這一階段是以機(jī)電一體化時(shí)代作為背景的，由于伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及其永磁材料、控制技術(shù)的突破性進(jìn)展，出現(xiàn)了無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)(方波驅(qū)動(dòng))，交流伺服電動(dòng)機(jī)(正弦波驅(qū)動(dòng))等種種新型電動(dòng)機(jī)。
    進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，因?yàn)槲㈦娮蛹夹g(shù)的快速發(fā)展，電路的集成度越來越高，對(duì)伺服系統(tǒng)產(chǎn)生了很重要的影響，交流伺服系統(tǒng)的控制方式迅速向微機(jī)控制方向發(fā)展，并由硬件伺服轉(zhuǎn)向軟件伺服，智能化的軟件伺服將成為伺服控制的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
    伺服系統(tǒng)控制器的實(shí)現(xiàn)方式在數(shù)字控制中也在由硬件方式向著軟件方式發(fā)展;在軟件方式中也是從伺服系統(tǒng)的外環(huán)向內(nèi)環(huán)、進(jìn)而向接近電動(dòng)機(jī)環(huán)路的更深層發(fā)展。
    目前，伺服系統(tǒng)的數(shù)字控制大都是采用硬件與軟件相結(jié)合的控制方式，其中軟件控制方式一般是利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)的。這是因?yàn)榛谖C(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字伺服控制器與模擬伺服控制器相比，具有下列優(yōu)點(diǎn):
    (1) 能明顯地降低控制器硬件成本。速度更快、功能更新的新一代微處理機(jī)不斷涌現(xiàn)，硬件費(fèi)用會(huì)變得很便宜。體積小、重量輕、耗能少是它們的共同優(yōu)點(diǎn)。
    (2) 可顯著改善控制的可靠性。集成電路和大規(guī)模集成電路的平均無故障時(shí)(MTBF)大大長于分立元件電子電路。
    (3) 數(shù)字電路溫度漂移小，也不存在參數(shù)的影響，穩(wěn)定性好。
    (4) 硬件電路易標(biāo)準(zhǔn)化。在電路集成過程中采用了一些屏蔽措施，可以避免電力電子電路中過大的瞬態(tài)電流、電壓引起的電磁干擾問題，因此可靠性比較高。
    (5) 采用微處理機(jī)的數(shù)字控制，使信息的雙向傳遞能力大大增強(qiáng)，容易和上位系統(tǒng)機(jī)聯(lián)運(yùn)，可隨時(shí)改變控制參數(shù)。
    (6) 可以設(shè)計(jì)適合于眾多電力電子系統(tǒng)的統(tǒng)一硬件電路，其中軟件可以模塊化設(shè)計(jì)，拼裝構(gòu)成適用于各種應(yīng)用對(duì)象的控制算法;以滿足不同的用途。軟件模塊可以方便地增加、更改、刪減，或者當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)變化時(shí)徹底更新。
    (7) 提高了信息存貯、監(jiān)控、診斷以及分級(jí)控制的能力,使伺服系統(tǒng)更趨于智能化。
    (8) 隨著微機(jī)芯片運(yùn)算速度和存貯器容量的不斷提高，性能優(yōu)異但算法復(fù)雜的控制策略有了實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

4  全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)的組成
    圖1所示為一個(gè)典型的全數(shù)字伺服系統(tǒng)框圖。由圖1可知，全數(shù)字伺服系統(tǒng)采用位置控制、速度控制和力矩控制的三環(huán)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)硬件大致由以下幾部分組成:電源單元;功率逆變和保護(hù)單元;檢測(cè)器單元;數(shù)字控制器單元;接口單元。

圖1      全數(shù)字伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

4.1 電源單元
    包括功率逆變器供電電源、控制電路供電和電源保護(hù)。逆變器供電電源由三相交流不可控橋式整流及無源濾波網(wǎng)絡(luò)濾波所得到。為避免通電時(shí)出現(xiàn)過大的瞬時(shí)電流和電機(jī)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過高的泵升電壓，一般帶有軟啟動(dòng)和能量泄放電路。控制電源一般由自激振蕩式開關(guān)電源產(chǎn)生。電源保護(hù)主要是指交流輸入端的缺相、欠壓和過壓，直流輸出端的過流、欠壓和過壓以及泵升電路的超時(shí)保護(hù)。電源保護(hù)是系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要保證。

4.2 功率逆變和保護(hù)單元
    功率逆變器的功能是根據(jù)控制電路的指令，將電源單元提供的高壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)樗欧姍C(jī)定子繞組中的三相交流電流，以產(chǎn)生所需電磁力矩。這部分可以采用集驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和功率管于一體的智能功率模塊(IPM)。IPM實(shí)現(xiàn)了功率管的優(yōu)化驅(qū)動(dòng)和就地保護(hù)，提高了功率逆變器的性能?，F(xiàn)有智能功率模塊的功率管為IGBT，其開關(guān)頻率可達(dá)20kHz，可以滿足大多數(shù)伺服系統(tǒng)的要求，但在選用較高的開關(guān)頻率時(shí)，應(yīng)采取措施以解決開關(guān)損耗與電壓利用率低等問題。

4.3 檢測(cè)器單元
    包括反饋電流和反饋位置檢測(cè)。電流反饋環(huán)節(jié)主要是抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和提高系統(tǒng)的電流跟蹤速度，實(shí)際系統(tǒng)中主要采用無接觸式的電流霍爾傳感器，采樣電機(jī)定子電流。位置檢測(cè)的精度直接影響到伺服系統(tǒng)的定位精度，對(duì)于采用矢量控制的永磁同步伺服系統(tǒng)，位置檢測(cè)還直接影響坐標(biāo)變換的精度。實(shí)際應(yīng)用的位置檢測(cè)器有光電編碼器和無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。光學(xué)編碼器能簡單地檢測(cè)出位置，處理電路也很簡單，而且價(jià)格便宜。但對(duì)于機(jī)械振動(dòng)以及煙霧塵埃等惡劣條件很敏感。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器傳送的是低頻的正弦波信號(hào)，故堅(jiān)固可靠，不受電氣噪聲的影響，由于處理回路的不同，分辨率可調(diào)，多用于軍工產(chǎn)品。但需要專用的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換芯片，成本高，處理電路復(fù)雜。
    實(shí)際應(yīng)用較多的光電編碼器是復(fù)合式的光電編碼器，它是一種帶有簡單磁極定位功能的增量式光電編碼器，它輸出兩組信息:一組用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能，三路彼此相差120°的脈沖U、V、W;另一組完全同增量式光電編碼器，輸出三路方波脈沖A、B和Z。A、B兩路脈沖相位差90°，這樣可以方便地判斷轉(zhuǎn)向，Z脈沖每轉(zhuǎn)一個(gè)，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。所有輸出一般為差動(dòng)形式的脈沖信號(hào)，只要速度足夠快的差動(dòng)接收器(如MC3486、AM26LS32)和光電隔離器(如6N137)就能夠?qū)⑦@類脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，處理后的信號(hào)引入數(shù)字控制器的計(jì)數(shù)器單元，用于電機(jī)控制的專用控制器都集成了倍頻和鑒相電路，可以增加檢測(cè)精度和判別轉(zhuǎn)向。U、V、W信號(hào)用于永磁同步伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁極的初始定位，如圖2所示。

圖2   光電編碼器位置檢測(cè)原理圖

    無刷旋轉(zhuǎn)變壓器發(fā)出的信號(hào)是模擬量，需旋轉(zhuǎn)變壓器－數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC，如AD公司的AD2S80a)配合使用，將其轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，以實(shí)現(xiàn)與數(shù)字控制器的接口，如圖3所示。AD2S80a是AD公司的AD2S80系列的一種RDC芯片。它的精度可調(diào)，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合可以選擇10bits、12bits、14bits、16bits數(shù)字化絕對(duì)位置量輸出;采用對(duì)稱電阻橋抑制電阻溫漂、輸入輸出隔離技術(shù)，保證干擾降至極小;狀態(tài)、控制信號(hào)數(shù)字化，可方便地與微控制器相連;需外部正弦波發(fā)生器作為旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁信號(hào)源。

圖3   旋轉(zhuǎn)變壓器位置檢測(cè)原理圖

4.4 數(shù)字控制器單元
    數(shù)字控制器是全數(shù)字伺服系統(tǒng)的核心部分，三環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成、電機(jī)控制算法實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)調(diào)節(jié)器計(jì)算和脈寬調(diào)制波的發(fā)出都由數(shù)字控制器完成。為了使交流伺服系統(tǒng)得到響應(yīng)速度更快、實(shí)時(shí)性更強(qiáng)的數(shù)字式電流控制，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)被廣泛應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)。各大公司推出的面向電機(jī)控制的專用DSP芯片，除具有快速的數(shù)據(jù)處理能力外，還集成了豐富的用于電機(jī)控制的專用集成電路，如A/D轉(zhuǎn)換器、PWM發(fā)生器、定時(shí)計(jì)數(shù)器電路、異步通訊電路、CAN總線收發(fā)器以及高速的可編程靜態(tài)RAM和大容量的程序存儲(chǔ)器等。典型器件有Motolora公司的56000系列、日立公司的SH7000系列、AD公司的ADSP2100系列和TI公司的TMS320X24X系列。各廠商推出的一些主要競(jìng)爭(zhēng)芯片的性能對(duì)比見表2。

    當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用的交流伺服系統(tǒng)，電機(jī)控制算法仍以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制為主，將交流電機(jī)進(jìn)行坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)，等效為直流電機(jī)來控制。矢量控制策略是目前最為成熟，控制效果較好的一種控制策略，但是它受電機(jī)參數(shù)、負(fù)載變化影響較大，將智能控制引入交流電機(jī)控制，以實(shí)現(xiàn)智能化和最優(yōu)化控制是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
    圖1中位置環(huán)的作用是產(chǎn)生電機(jī)的速度指令并使電機(jī)準(zhǔn)確定位和跟蹤。通過設(shè)定的目標(biāo)位置與電機(jī)的實(shí)際位置相比較，利用其偏差通過位置調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生電機(jī)的速度指令，當(dāng)電機(jī)初始起動(dòng)后(大偏差區(qū)域)，應(yīng)產(chǎn)生最大速度指令，使電機(jī)加速并以最大速度恒速運(yùn)行，在小偏差區(qū)域，產(chǎn)生逐次遞減的速度指令，使電機(jī)減速運(yùn)行直至最終定位。為避免超調(diào)，位置環(huán)的調(diào)節(jié)器應(yīng)設(shè)計(jì)為單純的比例(P)調(diào)節(jié)器，為了系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的等速跟蹤，位置環(huán)還應(yīng)設(shè)置前饋環(huán)節(jié)，如圖4所示。在位置伺服系統(tǒng)中當(dāng)不同螺距的絲杠與各種步距角的電機(jī)或不同一轉(zhuǎn)脈沖數(shù)的伺服電機(jī)相配時(shí)，或通過各種變速齒輪聯(lián)結(jié)時(shí)，通過系統(tǒng)的電子齒輪比參數(shù)設(shè)定，可以使編程與實(shí)際運(yùn)動(dòng)距離保持一致。
    速度環(huán)的作用是保證電機(jī)的轉(zhuǎn)速與指令值相一致、消除負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)等因素對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。速度指令與反饋的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速相比較，其差值通過速度調(diào)節(jié)器直接產(chǎn)生q軸指令電流，力矩電流信號(hào)控制電機(jī)加速、減速或勻速，從而使電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令值保持一致。速度調(diào)節(jié)器通常采用的是PI控制方式，對(duì)于動(dòng)態(tài)響應(yīng)、速度恢復(fù)能力要求特別高的系統(tǒng)，可以考慮采用結(jié)構(gòu)(滑模)控制方式或自適應(yīng)控制方式等。

圖4   位置環(huán)結(jié)構(gòu)圖

圖5   電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖

    電流環(huán)由電流控制器和逆變器組成，如圖5所示。其作用是使電機(jī)繞組電流實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地跟蹤電流參考信號(hào)。在全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)中，分別對(duì)d、q軸電流進(jìn)行控制。q軸指令電流來自于速度環(huán)的輸出，d軸指令電流直接給定，或者由弱磁控制器給出。將電機(jī)的三相反饋電流進(jìn)行3/2、旋轉(zhuǎn)變換，得到d、q軸的反饋電流，d、q軸的給定電流和反饋電流的差值通過PI控制器，得到給定電壓，再由數(shù)字式SVPWM算法產(chǎn)生PWM信號(hào)。為防止電機(jī)起動(dòng)過程中，產(chǎn)生過大的電流超調(diào)，對(duì)逆變器造成不利影響，電流控制器也可以采用IP控制器。為了獲得電流控制的良好穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，可以應(yīng)用預(yù)測(cè)電流控制器，利用繞組實(shí)際電流的采樣值與參考電流的采樣值及電機(jī)的電壓方程，計(jì)算出強(qiáng)迫實(shí)際電流跟隨參考電流所需的電壓，通過PWM控制逆變器，采用積分補(bǔ)償環(huán)節(jié)，可以有效地彌補(bǔ)電機(jī)參數(shù)變化對(duì)電壓計(jì)算結(jié)果的影響，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜并需要高速微處理器。
    當(dāng)采用DSP構(gòu)成全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)時(shí)，其所有控制功能可以由軟件實(shí)現(xiàn)，故有利于提高系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本，并且可以采用先進(jìn)的現(xiàn)代控制策略，獲得更高的控制性能，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障診斷、故障冗余等功能，使交流伺服系統(tǒng)更趨于智能化。

4.5 接口單元
    在伺服系統(tǒng)中的接口單元中，包括指令輸入接口、異步通訊接口(RS232/RS485)、CAN總線接口、I/O控制單元以及故障報(bào)警單元。指令輸入接口，接收CNC系統(tǒng)發(fā)出的位置指令脈沖以及模擬形式的速度指令。異步通訊接口，多作為用戶對(duì)系統(tǒng)的操作接口，短距離采用RS232協(xié)議，距離較遠(yuǎn)時(shí)采用RS485協(xié)議。CAN總線是一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，在一些新推出的DSP器件(如TI的TMS320LF240X)中，集成了CAN總線的收發(fā)器。這使得伺服裝置可以更方便的運(yùn)用于大型的工業(yè)控制系統(tǒng)中。I/O控制單元，接收和發(fā)送各種I/O信號(hào)形式的指令和狀態(tài)，伺服使能、CW/CCW禁止、脈沖禁止、報(bào)警清除、位置/速度到達(dá)、伺服準(zhǔn)備好等等。故障報(bào)警單元，包括碼盤故障報(bào)警、電源故障報(bào)警、功率逆變器故障報(bào)警、電機(jī)過載/失速報(bào)警、伺服報(bào)警等等，及時(shí)通知用戶故障類別，使系統(tǒng)在故障時(shí)能及時(shí)得到處理，以免造成更大損失。設(shè)計(jì)友好而通用的接口單元是提高系統(tǒng)可靠性，增強(qiáng)伺服驅(qū)動(dòng)器競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。

5  常用的性能指標(biāo)
    (1) 調(diào)速范圍D:將伺服系統(tǒng)在額定負(fù)載時(shí)所提供的最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比成為調(diào)速范圍:
    (2) 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù):額定負(fù)載下，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的峰－峰值△Te與平均轉(zhuǎn)矩Ta之比，常用百分?jǐn)?shù)表示:
    (3) 穩(wěn)速精度:伺服系統(tǒng)在最高轉(zhuǎn)速、額定負(fù)載條件下，電源電壓變化、環(huán)境溫度變化、或電源電壓和環(huán)境溫度不變，但連續(xù) 運(yùn)行若干小時(shí)，系統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化與最高轉(zhuǎn)速的百分比分別稱為電壓變化的穩(wěn)速精度、溫度變化的穩(wěn)速精度、時(shí)間變化的穩(wěn)速精度。
    (4) 超調(diào)量:伺服系統(tǒng)輸入單位階躍信號(hào)，時(shí)間響應(yīng)曲線上超出穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速(終值)的最大轉(zhuǎn)速值(瞬態(tài)超調(diào))對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速(終值)的百分比，稱為轉(zhuǎn)速上升時(shí)的超調(diào)量。伺服系統(tǒng)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速，輸入的信號(hào)階躍至零，時(shí)間響應(yīng)曲線超出零轉(zhuǎn)速的反向轉(zhuǎn)速的最大轉(zhuǎn)速值(瞬態(tài)超調(diào))對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的百分比成為速度下超調(diào)量。
    (5) 力矩變化的時(shí)間響應(yīng):伺服系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)電機(jī)突然加上力矩負(fù)載和突然卸去力矩負(fù)載，電機(jī)轉(zhuǎn)速的最大瞬態(tài)偏差及建立時(shí)間稱為伺服系統(tǒng)的力矩變化的時(shí)間響應(yīng)。
    (6) 轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間:伺服系統(tǒng)輸入由零到對(duì)應(yīng)ne的階躍 信號(hào)。從階躍信號(hào)開始，至轉(zhuǎn)速第一次到達(dá)0.95ne的時(shí)間。
    (7) 定位精度和穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差:伺服系統(tǒng)最終定位與指令目標(biāo)值間的靜止誤差定義為系統(tǒng)的定位精度，對(duì)于一個(gè)位置伺服系統(tǒng)，最低限度也應(yīng)當(dāng)能對(duì)其指令輸入的最小設(shè)定單位—1個(gè)脈沖做出響應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的瞬態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束以后，在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)械實(shí)際位置與指令目標(biāo)值之間的誤差定義為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)位置跟蹤誤差。位置伺服系統(tǒng)的位置跟蹤誤差不僅與系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，還取決于系統(tǒng)的輸入指令形式。

6  高性能交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望
    近10年來，隨著永磁材料技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，永磁同步動(dòng)機(jī)性能得到了快速的提高，與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和普通同步電動(dòng)機(jī)相比，其控制簡單、良好的低速運(yùn)行性能及較高的性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)使得永磁無刷同步電動(dòng)機(jī)逐漸成為交流伺服系統(tǒng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的主流。尤其是在高精度、高性能要求的中小功率伺服領(lǐng)域。而交流異步伺服系統(tǒng)仍主要集中在性能要求不高的、大功率伺服領(lǐng)域。
    自20世紀(jì)80年代后期以來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)作為工業(yè)設(shè)備的重要驅(qū)動(dòng)源之一的伺服系統(tǒng)提出了越來越高的要求，研究和發(fā)展高性能交流伺服系統(tǒng)成為國內(nèi)外同仁的共識(shí)。有些努力已經(jīng)取得了很大的成果，“硬形式”上存在包括提高制作電機(jī)材料的性能，改進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，提高逆變器和檢測(cè)元件性能、精度等研究方向和努力?！败浶问健鄙洗嬖趶目刂撇呗缘慕嵌戎痔岣咚欧到y(tǒng)性能的研究和探索。如采用“卡爾曼濾波法”估計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和位置的“無速度傳感器化”;采用高性能的永磁材料和加工技術(shù)改進(jìn)PMSM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和性能，以通過消除/削弱因齒槽轉(zhuǎn)矩所造成的PMSM轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響;采用基于現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)的具有將強(qiáng)魯棒性的滑?？刂撇呗砸蕴岣呦到y(tǒng)對(duì)參數(shù)攝動(dòng)的自適應(yīng)能力;在傳統(tǒng)PID控制基礎(chǔ)上進(jìn)入非線性和自適應(yīng)設(shè)計(jì)方法以提高系統(tǒng)對(duì)非線性負(fù)載類的調(diào)節(jié)和自適應(yīng)能力;基于智能控制的電機(jī)參數(shù)和模型識(shí)別，以及負(fù)載特性識(shí)別。
    對(duì)于發(fā)展高性能交流伺服系統(tǒng)來說，由于在一定條件下，作為“硬形式”存在的伺服電機(jī)、逆變器以相應(yīng)反饋檢測(cè)裝置等性能的提高受到許多客觀因數(shù)的制約;而以“軟形式”存在的控制策略具有較大的柔性，近年來隨著控制理論新的發(fā)展，尤其智能控制的興起和不斷成熟，加之計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得基于智能控制的先進(jìn)控制策略和基于傳統(tǒng)控制理論的傳統(tǒng)控制策略的“集成”得以實(shí)現(xiàn)，并為其實(shí)際應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。
伺服電機(jī)自身是具有一定的非線性、強(qiáng)耦合性及時(shí)變性的“系統(tǒng)”，同時(shí)伺服對(duì)象也存在較強(qiáng)的不確定性和非線性，加之系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)受到不同程度的干擾，因此按常規(guī)控制策略很難滿足高性能伺服系統(tǒng)的控制要求。為此，如何結(jié)合控制理論新的發(fā)展，引進(jìn)一些先進(jìn)的“復(fù)合型控制策略”以改進(jìn)“控制器”性能是當(dāng)前發(fā)展高性能交流伺服系統(tǒng)的一個(gè)主要“突破口”。

7  結(jié)束語
    21世紀(jì)是一個(gè)嶄新的世紀(jì)，也定將是各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的世紀(jì)。相信隨著材料技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制理論技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的快速發(fā)展以及電機(jī)制造工藝水平的逐步提高，同時(shí)伴隨著制造業(yè)的不斷升級(jí)和“柔性制造技術(shù)”的快速發(fā)展，必將為“柔性加工和制造技術(shù)”的核心技術(shù)之一的“伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)”迎來又一大好的發(fā)展時(shí)機(jī)。