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伺服电机的发展及研究综述

发表时间：2021/1/4 来源：《文化研究》2020年12月上作者：蒙昭臣、张俊峰

[导读] 随着社会不断发展进步，伺服电机在工业中生活中的作用也越来越重要。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。并且能快速响应，机电时间常数小、线性度高. 伺服电机是工业发展中必不可少的一环.

四川成都西华大学机械工程学院蒙昭臣、张俊峰 610039

摘要：随着社会不断发展进步，伺服电机在工业中生活中的作用也越来越重要。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。并且能快速响应，机电时间常数小、线性度高. 伺服电机是工业发展中必不可少的一环.
关键词：伺服电机；高精度；发展
        引言：
        伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
        一、国内发展研究情况
        由于我国伺服电机的发展相对滞后，因此被欧美和日本的外企占据主要市场份额。自2013年以来，得益于产业升级带来的积极影响，国内伺服电机自主支撑能力已经形成。大部分的产品功率在22kW以内，并有超过20个更大规模的伺服品牌。比较好的内地制造商主要是中国中部数控、南京埃斯顿自动化和广州数控。
        武汉华中网通已开发出数字交流伺服驱动单元和电机、数字交流伺服主轴驱动单元和主轴电机，在国内处于领先地位：GK6、GK7系列永磁同步交流伺服电机和GM7系列交流伺服主轴等独立设计和应用，实现批量生产。到目前为止，中国只有自主开发和设计专利知识产权和自主设施。到目前为止，我国较好的伺服电机品牌主要有台达伺服，南京埃斯顿等。其中埃斯顿交流伺服系统拥有中国最完整的EDC、EDB、ProNet、ETS系列和25种规格埃斯顿交流伺服系统的主要功率范围为50W～300kW具有直接驱动系列速度低转矩大的交流伺服系统产品和CAN、PROFIBUS、EtherCAT系列产品。
        二、国外发展研究情况
        20世纪80年代初期，我国正处于改革开放初始时段，美、日、德等工业大国的伺服研究机构和企业就已经在不间断推出享有自主知识产权的伺服控制产品，比较著名的电机有德国西门子，日本安川、三菱等。
        德国西门子公司拥有100多年的机械制造研发实战经验，是全球性遥遥领先的电机制造厂商。西门子电机产品几乎涵盖了所有的可以使用电机的工业领域，无论何种负载驱动，西门子电机都能满足系统的特定需求。

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应用行业：通用机械传动恒速传动，风机式，替代国产Y、Y2系列电机升级客户产品泵负载，压缩机式负载.
        三、目前存在的问题
        （1）伺服系统精准度偏低，与外国的高分辨率编解码器相比较，差异较多。
        （2）伺服系统整体的性能和国外的大牌伺服电机相比有一定的差距，在高性能核心算法方面还需进一步改善。
        四、解决方案
        （1）提高精度，系统各组成环节的精度需适当提高，其中就包括机械传动与支撑装置的精度，还可以在结构上的创新，改变原有结构形式或者发展组合电机来提高系统精度。
        （2）在满足电机各种性能指标的要求下，改进设计，简化结构并且尽量减小电机尺寸。
        （3）采用低速驱动元件消除减速齿轮和发展组合电机，并且优化核心算法等。
        五、发展趋势
        对于伺服驱动控制器来说，其发展方向借助于IT产业技术的发展，已有国内的企业将WIFI的无线通讯技术用到了伺服控制的参数写入调整运行的监控等方面。USB的通讯技术触摸屏显示控制技术，现已经得到了应用。针对下一代的伺服驱动器的研发，已有不少企业正在考虑采用新一代手机所用的CPU和实时操作系统技术。
        从交流伺服电机的矢量控制技术本身来说已日趋完善普及。从实时操作系统的角度来看，它只是需要实时响应处理的一个功能模块。由于控制器的多功能、智能化要求，大量的信号处理，适应控制需要的各种数学模型的建立与运行，网络通讯等各个功能模块将会在实时操作系统的统一调度和管理下得到正确可靠的运行。
参考文献：
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[4]王秀季.伺服电机在高精度控制设备中的应用分析[J].机电信息,2019(15)
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[7]左俊中,沙伟,张鑫.我国工业机器人的现状与发展探究[J].内燃机与配件,2020(07):219-220.
作者简介：
蒙昭臣（1997-），男，汉，四川省德阳市，本科，研究方向：机械电子
张俊峰（1997-），男，汉，湖北省麻城市，本科，研究方向：机械电子