一、伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

　　它的主要任務(wù)是按控制命令的要求、對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。在很多情況下，伺服電機(jī)系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移(或轉(zhuǎn)角)準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角)，其結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒(méi)有原則上的區(qū)別。伺服電機(jī)系統(tǒng)最初用于國(guó)防軍工, 如火炮的控制, 船艦、飛機(jī)的自動(dòng)駕駛,導(dǎo)彈發(fā)射等,后來(lái)逐漸推廣到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門,如自動(dòng)機(jī)床、無(wú)線跟蹤控制等。

　　伺服(Servo)是ServoMechanism一詞的簡(jiǎn)寫，來(lái)源于希臘，其含義是奴隸，顧名思義，就是指系統(tǒng)跟隨外部指令進(jìn)行人們所期望的運(yùn)動(dòng)，而其中的運(yùn)動(dòng)要素包括位置、速度和力矩等物理量?；仡櫵欧姍C(jī)系統(tǒng)的發(fā)展歷程，從最早的液壓、氣動(dòng)到如今的電氣化，由伺服電機(jī)、反饋裝置與控制器組成的伺服電機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)走過(guò)了近50個(gè)年頭。

　　如今，隨著技術(shù)的不斷成熟，交流伺服電機(jī)技術(shù)憑借其優(yōu)異的性價(jià)比，逐漸取代直流電機(jī)成為伺服電機(jī)系統(tǒng)的主導(dǎo)執(zhí)行電機(jī)。交流伺服電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)的成熟也使得市場(chǎng)呈現(xiàn)出快速的多元化發(fā)展，并成為工業(yè)自動(dòng)化的支撐性技術(shù)之一。

　　我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的不斷推進(jìn)，為我國(guó)伺服產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的市場(chǎng)，近年來(lái)，隨著數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、電子專用設(shè)備等行業(yè)繼續(xù)保持較好發(fā)展以及交流伺服技術(shù)的日益成熟，新興行業(yè)如新能源行業(yè)中的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)伺服技術(shù)的應(yīng)用使得我國(guó)伺服市場(chǎng)迅速發(fā)展，2010年，我國(guó)伺服市場(chǎng)同比增長(zhǎng)39.7%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到39.9億元。

　　很多有遠(yuǎn)識(shí)的國(guó)產(chǎn)廠商正加大研發(fā)力度提升其產(chǎn)品的性能，進(jìn)而擴(kuò)大其品牌的號(hào)召力，國(guó)產(chǎn)伺服廠商改變進(jìn)口壟斷格局將指日可待。由此預(yù)測(cè)，未來(lái)五年，我國(guó)伺服電機(jī)系統(tǒng)行業(yè)受益于產(chǎn)業(yè)升級(jí)的影響，仍將保持20%以上的增長(zhǎng)速度，至2015年，我國(guó)伺服電機(jī)系統(tǒng)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模有望突破100億元，其中，國(guó)產(chǎn)伺服產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率將達(dá)到40%左右。

　　二、伺服電機(jī)系統(tǒng)主要用途

　　在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把輸出量能以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，亦稱伺服電機(jī)系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的伺服電機(jī)系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱為隨動(dòng)系統(tǒng)。

　　伺服電機(jī)系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)元件(或稱執(zhí)行元件伺服電機(jī))組成，高性能的伺服電機(jī)系統(tǒng)還有檢測(cè)裝置，反饋實(shí)際的輸出狀態(tài)。

　　數(shù)控機(jī)床伺服電機(jī)系統(tǒng)的作用在于接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件跟隨指令脈沖運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確，這就要求高質(zhì)量的速度和位置伺服。以上指的主要是進(jìn)給伺服控制，另外還有對(duì)主運(yùn)動(dòng)的伺服控制，不過(guò)控制要求不如前者高。數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)往往主要取決于伺服電機(jī)系統(tǒng)。

　　三、伺服電機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

　　從前面的討論可以看出，數(shù)字化交流伺服電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣，用戶對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的要求越來(lái)越高?？偟膩?lái)說(shuō)，伺服電機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下幾個(gè)方面：

　　1. 交流化

　　伺服技術(shù)將繼續(xù)迅速地由DC伺服電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向AC伺服電機(jī)系統(tǒng)。從目前國(guó)際市場(chǎng)的情況看，幾乎所有的新產(chǎn)品都是AC伺服電機(jī)系統(tǒng)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，AC伺服電機(jī)的　　市場(chǎng)占有率已經(jīng)超過(guò)80%。在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)AC伺服電機(jī)的廠家也越來(lái)越多，正在逐步地超過(guò)生產(chǎn)DC伺服電機(jī)的廠家?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，除了在某些微型電機(jī)領(lǐng)域之外，AC伺服電機(jī)將完全取代DC伺服電機(jī)。

　　2. 全數(shù)字化

　　采用新型高速微處理器和專用數(shù)字信號(hào)處理機(jī)(DSP)的伺服控制單元將全面代替以模擬電子器件為主的伺服控制單元，從而實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的伺服電機(jī)系統(tǒng)。全數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，將原有的硬件伺服控制變成了軟件伺服控制，從而使在伺服電機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)算法(如：最優(yōu)控制、人工智能、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等)成為可能。

　　3. 采用新型電力電子半導(dǎo)體器件

　　目前，伺服控制系統(tǒng)的輸出器件越來(lái)越多地采用開(kāi)關(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，主要有大功率晶體管(GTR)、功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)和絕緣門極晶體管(IGBT)等。這些先進(jìn)器件的應(yīng)用顯著地降低了伺服單元輸出回路的功耗，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低了運(yùn)行噪聲。尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始使用一種把控制電路功能和大功率電子開(kāi)關(guān)器件集成在一起的新型模塊，稱為智能控制功率模塊(Intelligent Power Modules，簡(jiǎn)稱IPM)。這種器件將輸入隔離、能耗制動(dòng)、過(guò)溫、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)及故障診斷等功能全部集成于一個(gè)不大的模塊之中。其輸入邏輯電平與TTL信號(hào)完全兼容，與微處理器的輸出可以直接接口。它的應(yīng)用顯著地簡(jiǎn)化了伺服單元的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了伺服電機(jī)系統(tǒng)的小型化和微型化。