電氣伺服技術應用最廣，主要原因是控制方便，靈活，容易獲得驅動能源，沒有公害污染，維護也比較容易。特別是隨著電子技術和計算機軟件技術的發展，它為電氣伺服技術的發展提供了廣闊的前景。本文主要介紹的是交流永磁同步伺服系統的現狀與發展，具體的跟隨小編一起來了解一下。

　　交流永磁同步伺服系統國內外研究概況

　　20世紀80年代以后，電動機調速技術不斷發展，高性能永磁同步調速系統的出現，引起了人們對永磁同步伺服系統研究的高度重視，其研究工作主要是針對由逆變器供電的永磁同步電動機性能的研究和對永磁同步伺服系統控制的研究。

　　在逆變器供電的情況下，永磁同步電動機原有的特性將受到一定的影響，其穩態特性及暫態特性與恒定頻率供電情況下的永磁同步電動機相比有著不同的特點。對同步電動機的分析，傳統上是采用同步旋轉坐標d、q上的Park模型，在實際應用中，Park模型可以解決永磁同步電動機性能分析和控制中的主要問題，但是考慮到電動機的磁路飽和和交叉耦合問題，Park模型的分析存在誤差。為了提高永磁同步電動機的分析精度，必須考慮磁路飽和及d、q坐標參量之間的交叉耦合問題。采用有限元分析法求解永磁同步電動機的參數，并用試驗測量電動機參數的變化規律以修正電動機的數學模型，可以很好地描述永磁同步電動機的運行特性。永磁同步電動機由永磁體勵磁，因而它無勵磁損耗，銅耗較小，但其磁路結構復雜，鐵耗難以計算。而鐵耗直接影響電動機的溫升，會影響永磁體的磁性能，并改變伺服系統的性能。人們運用等效磁路的方法及考慮飽和非線性情況下用有限元法求解永磁同步電動機的鐵耗，結果令人滿意。隨著對永磁同步電動機伺服驅動性能要求的不斷提高，需要設計出高效率、高力矩慣量比、高能量密度的永磁同步電動機，需要研究滿足現代伺服驅動要求的永磁同步電動機設計方法。

　　要獲得高性能的交流永磁同步伺服驅動，就需要有性能優良的控制系統。80年代以來，隨著各種相關技術的飛速發展，有關永磁同步電動機矢量控制系統的研究成果不斷涌現，為高性能永磁同步伺服系統的研究與應用奠定了基礎。永磁同步電動機矢量控制系統的電流控制方法對系統的運行特性有很大影響，必須研究不同電流控制方法時系統所具有的動靜態特性。其控制方法有：轉矩電流比最大的電流控制方法、直軸電流等于零的控制方法、功率因數等于1的控制方法、氣隙磁鏈恒定的控制方法，這些方法提供了不同的調速性能，可以適合于不同要求的應用場合。一般情況下，永磁同步伺服系統必須具有較寬的調速范圍，很穩定的轉矩輸出特性。為了滿足實際需要，在額定轉速以下，電動機按恒轉矩運行，在額定轉速以上，電動機按恒功率運行。隨著電動機轉速的上升，定子繞組中感應電動勢不斷增加，當轉速上升到一定程度時，逆變器輸出電流將不能跟蹤電流給定，電動機輸出轉矩下降，性能變差。為提高高速時電動機轉矩輸出能力，需對電動機實施弱磁控制。然而，永磁同步電動機的磁場是由永磁體產生的，不能像直流和異步電動機那樣進行控制。為了實現弱磁，在電動機電樞繞組中加入直軸電流，利用電動機直軸電樞反應抵消永磁體產生的磁場，從而提高永磁同步電動機的高速運行性能。

　　隨著微型計算機技術，特別是DSP技術的飛速發展，永磁同步伺服系統的數字化正在如火如荼地進行著。華中科技大學、沈陽工業大學、天津大學研究了單片機或DSP構成的全數字交流伺服系統，采用預測控制和空間矢量控制技術，改善電流控制性能和系統響應精度，研究了伺服系統的控制理論，并開發了數字伺服系統。數字控制技術的應用，不僅使系統獲得高精度、高可靠性，還為新型控制理論和方法的應用提供了基礎。DSP和單片機的應用，大大簡化了系統結構，提高了系統性能，并出現了全數字化軟件伺服系統，顯著提高了永磁同步伺服系統的可靠性、柔性和動態性能。

　　80年代開始，國外一些著名的公司，如日本的FANUC、安川、富士通、松下，美國的AB公司、科爾摩根公司，德國的西門子公司，法國的BBC公司、韓國三星公司等不斷推出交流伺服驅動產品，伺服驅動市場幾乎是外國公司一統天下的局面。而后，我國的華中理工大學、北京機床研究所、西安微電動機研究所、中科院沈陽自動化研究所、蘭州電動機廠等單位開始研究并推出交流伺服系統。其中，由廣州數控生產的DA98全數字式交流伺服驅動裝置，由高原數控煙臺公司生產的GY-2000系列數字化交流伺服驅動器在我國的高精度數控伺服驅動行業已經打開局面，打破了外國公司壟斷的格局，開創了民族品牌新紀元。

　　交流永磁同步伺服系統的最新研究動向

　　伺服驅動系統是由主電路和控制電路兩部分組成的，目前主電路的拓撲結構沒有多大變化，伺服驅動系統的發展重點在控制電路部分。隨著新型電力電子器件的出現，DSP技術的發展，現代控制理論的運用，永磁同步伺服系統的研究出現了一些新的方向，主要包含以下幾個方面。

　　（1）電動機數學模型分析方法的發展

　　永磁同步電動機是一個多輸入、強耦合、非線性系統，為了提高控制精度，非線性系統狀態反饋線性化理論逐步被引入到電動機的控制中來，但由于該方法理論的復雜性，限制了它的推廣應用。逆系統方法是分析非線性系統的另一種方

　　法，其思想是對于給定系統，讓對象的模型生成可用反饋方法實現的原系統的“α階積分擬系統”，將控制對象補償成為具有線性傳遞關系的且已經解耦的規范化系統（偽線性系統），再用線性系統的各種設計理論完成系統的綜合。該方法在理論上形式統一，物理概念清晰直觀，容易被人們接受。（2）現代控制理論的引入

　　交流電動機矢量控制技術的提出，明顯改善了它的調速性能。然而，傳統的矢量控制技術依賴于電動機的模型和參數，而模型和參數在電動機運行過程中是變化的，這就使得電動機的矢量控制無法達到理論上的性能指標，滿足不了現代伺服驅動系統的應用要求。現代控制理論的各種技術能夠使系統在模型或者參數變化時保持良好的控制性能。

　　自適應控制技術是指在一定的數學模型確定的算法下，可以在系統運行情況變更時辨識系統有關參數，修改系統運行程序，以期改善系統在控制對象和運行條件發生變化時的控制性能。仿真和試驗結果表明，自適應控制技術能夠在系統參數發生變化的情況下保持良好的控制性能。但是，該控制算法的計算量較大，需要高速數據處理器。

　　滑模變結構控制是調整反饋控制系統的結構，使它的狀態向量通過開關超平面時發生變化，系統的狀態向量被約束在開關面的領域內滑動。系統的動態品質由開關面的參數決定，與系統的參數、擾動無關，具有很好的魯棒控制性，在永磁同步電動機調速系統有成功的應用。但是它本質上是一種開關控制，在系統中不可避免會帶來抖動，因而影響了它的應用。

　　電動機在運行過程中其參數是變化的，通過自適應觀測器、卡爾曼濾波、龍貝格觀測器等辨識技術對系統進行控制，也能提高電動機系統控制的性能與可靠性。

　　（3）人工智能技術的應用

　　經典的或者現代控制理論基礎上的控制策略都依賴于電動機的數學模型，當模型參數變化時，想獲得優良的控制性能是研究人員面臨的重要課題。而近年來備受關注的智能控制，由于它擺脫了對被控對象模型的依賴，成為研究與開發的熱點。隨著人工智能技術的發展，智能控制已經成為現代控制的重要分支，智能化電氣傳動控制也成為目前電氣傳動的重要發展方向，開辟了電氣傳動技術新紀元。人工智能的專家系統、模糊控制、神經網絡等在電動機傳動系統中的應用與研究已經取得了可喜成果。

　　（4）無速度傳感矢量控制技術

　　高性能的交流伺服系統都需要實現轉速的閉環控制，所需的轉速反饋信號來自和電動機轉軸同軸相連的速度傳感器。系統不斷對電動機速度和轉子位置進行測量，以便完成矢量變換，實現對電動機力矩的動態控制。為獲得準確可靠的轉速位置信號，速度傳感器必須精確安裝、妥善維護。高精度速度傳感器的安裝，增加了對系統的維護要求，系統對環境的適應能力也變差，成本增加，這在可靠性要求高的應用場合（如軍用設備）會受到限制。因此，取消速度傳感器而使系統具有良好的控制性能便成為電動機調速領域的重要課題。

　　無速度傳感技術的關鍵是轉速信息的獲得，轉速估計的精度直接決定了調速系統的性能，如何借助于所測量的電動機電壓電流信號，準確估計電動機的轉速和位置，成為無速度傳感技術的關鍵。在無速度傳感技術中，獲得電動機速度的方法主要有：

　　1）利用數學模型或者電磁特性構造電動機轉子位置的估計方法。

　　2）利用其他辨識和估計方法估計電動機轉速。

　　3）利用自適應控制理論，選擇合適的參考與可調模型，借助于自適應算法辨識電動機轉速。

　　4）利用電動機的諧波電勢求得轉速等。

　　然而，不論何種方法，在速度較低時，要獲得準確的電動機速度、位置都是很困難的，因此，拓寬低速應用范圍是無速度傳感技術急待解決的問題。

　　（5）現代逆變器技術的發展

　　電力電子技術是實現信息流與物質/能量流之間聯系的重要紐帶，逆變器器件的發展是電力電子技術發展的標志。從以晶閘管為代表的相控器件，到以GTR、GTO為代表的全控型器件，再到以MOSFET、IGBT和IPM為代表的門控器件，電力電子器件經歷了三個發展歷程。以PWM技術為核心的電流控制逆變器是矢量控制系統的重要組成部分，其性能對整個控制系統影響很大。在矢量控制系統中廣泛使用的PWM控制技術有：

　　a.正弦波對三角波調制的SPWM控制。

　　b.消除指定諧波的PWM控制，a和b均以輸出正弦波電壓為控制目標。

　　c.滯環電流控制PWM，該法以正弦波電流輸出為控制目標。

　　d.空間矢量控制SVPWM，該法以被控電動機的算法簡單為目標。

　　同時，提出了各種可以優化PWM控制的電流控制，如：預測電流控制、跟蹤軌跡電流控制等，為更好地實現矢量控制奠定了基礎。

　　隨著高性能微處理器的誕生，數字控制的交流永磁同步伺服系統正在向小型化、數字化、智能化、高性能方向發展，并隨著人們對高性能伺服驅動器的需求日益增多，永磁同步伺服系統也因其自身的優點而得到越來越廣泛的應用。