永磁交流伺服系統國內外發展概況
黃聲華，吳芳
(華中科技大學，湖北武漢430074)
摘要：永磁交流伺服系統發展日新月異，對近十年來國內外永磁交流伺服系統的研究成果作一綜述。在分析永磁交流伺服系統發展趨勢的基礎上，重點介紹了永磁交流伺服系統控制策略、位置檢測和辨識、主電路和驅動技術以及通訊網絡化技術等關鍵技術的研究現狀，指出了目前國內永磁交流伺服系統產品的研發方向及其與發達國家的差距。
關鍵詞：永磁交流伺服；發展概況；控制策略；位置檢測；驅動技術
中圖分類號：T~M359．4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7018(2008)05—0052-115
0引 言
隨著電機理論、永磁材料、電力電子技術、控制理論和計算機技術的驚人發展，交流伺服系統的研究和應用，自20世紀70年代末以來，取得了舉世矚目的進展，已具備有寬調速范圍、高穩速精度、快動態響應及四象限運行等良好的技術性能，其動、靜態特性已完全可以與直流伺服系統相媲美。多年來，“交流取代直流伺服”這一愿望正逐漸變為現實，并不斷有新的研究成果和新產品出現。
近十年來，國內外日益完善的永磁交流伺服系統不斷涌現，性能指標不斷提高，應用范圍不斷擴大。縱觀目前國內市場現狀，國外知名品牌的永磁交流伺服系統仍占據了國內絕大多數中、高端應用領域，而國內成熟產品主要應用在中、低端設備領域中，如簡易數控機床、服裝加工機械、包裝機械等等，究其原因是國外知名品牌的產品具有較明顯的技術優勢。例如代表目前永磁交流伺服系統世界先進水平的三菱公司推出的MR系列交流伺服單元具有以下技術優勢：
(1)采用內含數字信號處理器的高性能cPu，其運算速度極快，永磁電機速度的頻率響應達到550 Hz以上，非常適合于高速定位的場合。
(2)采用17位(131 072 P／rev)的高分辨率編碼器和先進的控制策略，大大降低永磁電機的速度波動率，其技術指標達到負載力矩波動從0～100變化時，電機速度波動率≤百分之O．01，從而可以滿足精密數控機床等設備的需求。
(3)智能化的控制確保電機在各種工況(如加、減速轉矩較小或摩擦力較大時)均能自動調整到****運行狀態，并能實時檢測系統帶負載的機械振動頻率，進而消弱系統機械振動。
(4)先進的上位機支撐軟件，通過上位機與伺服系統的串行通訊接口，能自動對伺服電機加振，并能分析出機械系統的頻率，從而對包括機械系統在內的伺服單元調整到****工作狀態。
(5)完善的系列化產品，便于各類用戶選擇。高端產品離不開日益發展的高新技術的支撐。為此，本文將對交流伺服系統的發展趨勢和關鍵技術作一綜述。
1交流伺服系統發展趨勢
綜合國內外交流伺服系統發展與現狀，可以清楚地看出其發展趨勢，主要表現在以下幾個方面：(1)永磁化交流伺服系統主要有永磁同步電動機交流伺服系統和異步電動機交流伺服系統兩大類。異步電動機交流伺服系統具有電機結構堅固、制造容易、價格低廉、弱磁調速易于實現等優點，但與永磁同步電動機交流伺服系統相比存在著效率低、功率因數低、低
速力矩小、轉子發熱嚴重等問題。而隨著永磁材料性價比的不斷提高，永磁同步電動機結構的優化設計和新的控制策略的發展，其耐高溫、耐振動、可弱磁調速的性能不斷提高。最典型的應用就是電動汽車和高性能電梯曳引機已逐步引進永磁同步電動機交流伺服系統，其性能與異步交流伺服系統相比有明顯提高。
(2)全數字化和控制智能化
交流伺服系統控制單元經歷了模擬式、混合式、全數字化逐步演變進步的過程，各類新型高速微處理器和電機專用DsP的出現，為伺服控制單元實現包括位置環、速度環、電流環的全數字化控制奠定了堅實的物資基礎，從而將原有的硬件伺服控制變成了軟件伺服控制，不僅大大簡化了伺服系統的結構，提高了運行可靠性，而且在伺服系統中應用現代控
制理論的先進算法(如：****控制、人工智能、模糊控制、神經網絡等)成為可能，從而促使交流伺服系統的控制性能進一步提高。
(3)高度集成化
一方面永磁材料磁能積不斷提高，永磁同步電動機的體積重量明顯下降；另一方面電力電子技術的發展，一大批新型功率器件應用到交流伺服控制單元中，最典型的是IGBT智能模塊(I |
