简单介绍交流伺服系统的组成及性能指标

　　前言

　　随着现代电子科学技术的快速发展，微电子、计算机、电力半导体和电机制造等技术都取得俩了巨大的进步，使得伺服这样一种扮演重要支柱技术角色的自动控制系统(什么是伺服系统)，在许多高科技领域得到了非常广泛的应用。伴随着新的控制器件和电机控制方法的出现，交流伺服系统的已经广泛地替代了直流伺服系统。那么交流伺服系统的组成单元有哪些呢?小编通过搜集整理资料，以全数字式交流伺服系统为例，简单的介绍了有关交流伺服系统的组成、性能指标等知识(伺服驱动系统)。

　　全数字式交流伺服系统的组成(交流伺服系统的应用)

　　全数字式交流伺服系统采用位置控制、速度控制和力矩控制的三环结构。所谓数字控制是指系统的主要部分由数字运算元件构成，数字控制可分二类:一类为硬件方式，即数字元件的工作不用软件而仅用硬件。它包括数字电路硬件控制、专用集成电路(asic)和超大规模集成电路硬件控制;另一类为软件方式，即数字元件通过软件进行工作。

　　全数字式交流伺服系统硬件大致由以下几部分组成:电源单元;功率逆变和保护单元;检测器单元;数字控制器单元;接口单元。如下图所示：

　　交流伺服系统结构框图

　　电源单元

　　包括功率逆变器供电电源、控制电路供电和电源保护。逆变器供电电源由三相交流不可控桥式整流及无源滤波网络滤波所得到。为避免通电时出现过大的瞬时电流和电机制动时产生过高的泵升电压，一般带有软启动和能量泄放电路。控制电源一般由自激振荡式开关电源产生。电源保护主要是指交流输入端的缺相、欠压和过压，直流输出端的过流、欠压和过压以及泵升电路的超时保护。电源保护是系统可靠运行的重要保证。

　　功率逆变和保护单元

　　功率逆变器的功能是根据控制电路的指令，将电源单元提供的高压直流电转变为伺服电机定子绕组中的三相交流电流，以产生所需电磁力矩。这部分可以采用集驱动电路、保护电路和功率管于一体的智能功率模块(ipm)。ipm实现了功率管的优化驱动和就地保护，提高了功率逆变器的性能。现有智能功率模块的功率管为igbt，其开关频率可达20khz，可以满足大多数伺服系统的要求，但在选用较高的开关频率时，应采取措施以解决开关损耗与电压利用率低等问题。

　　检测器单元

　　包括反馈电流和反馈位置检测。电流反馈环节主要是抗电网电压扰动和提高系统的电流跟踪速度，实际系统中主要采用无接触式的电流霍尔传感器，采样电机定子电流。位置检测的精度直接影响到伺服系统的定位精度，对于采用矢量控制的永磁同步伺服系统，位置检测还直接影响坐标变换的精度。

　　实际应用的位置检测器有光电编码器和无刷旋转变压器。光学编码器能简单地检测出位置，处理电路也很简单，而且价格便宜。但对于机械振动以及烟雾尘埃等恶劣条件很敏感。无刷旋转变压器传送的是低频的正弦波信号，故坚固可靠，不受电气噪声的影响，由于处理回路的不同，分辨率可调，多用于军工产品。但需要专用的检测和转换芯片，成本高，处理电路复杂。

　　数字控制器单元

　　数字控制器是全交流伺服系统的核心部分，三环系统构成、电机控制算法实现、系统调节器计算和脉宽调制波的发出都由数字控制器完成。为了使交流伺服系统得到响应速度更快、实时性更强的数字式电流控制，数字信号处理器(dsp)被广泛应用于交流伺服系统。各大公司推出的面向电机控制的专用dsp芯片，除具有快速的数据处理能力外，还集成了丰富的用于电机控制的专用集成电路，如a/d转换器、pwm发生器、定时计数器电路、异步通讯电路、can总线收发器以及高速的可编程静态ram和大容量的程序存储器等。

　　当前实际应用的交流伺服系统，电机控制算法仍以转子磁场定向的矢量控制为主，将交流电机进行坐标变换和旋转，等效为直流电机来控制。矢量控制策略是目前最为成熟，控制效果较好的一种控制策略，但是它受电机参数、负载变化影响较大，将智能控制引入交流电机控制，以实现智能化和最优化控制是当前的一个研究热点。

　　(1)位置环

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