提高伺服电机动态性能的重要性

随着伺服电动机在工业中的广泛应用，高动态性能的的伺服驱动器和伺服电动机的设计和研究必将成为国内研究的一个热点，同时，如何提高伺服电动机的动态特性，也已经成为急待解决的问题。

伺服系统在动态调节过程中的性能指标称为动态性能指标，如超调量、跟随速度、跟随精度、调节时间、抗干扰能力等。

伺服系统最早被应用到军事、航天领域，伴随工业化的脚步，逐渐进入到工业领域和民用领域，在生产实践中，伺服系统的应用早已非常广泛。

1、在数控机床中，采用高端永磁交流伺服代替异步变频驱动似乎已成为标准。90年代以来，欧美各国致力开发应用高速数控机床，在相同分辨率的情况下，工作台的进给速度获得到大大提升。当今数控系统机床更是突出高速、高精度、高动态、高刚性的特点。我们已经看到国产伺服在经济型的数控机床上的应用，但在中高档机床上国产伺服仍达不到要求，性能是一个重要方面，稳定性和品牌效应也是短时间内无法跨越的障碍。

2、机器人也是伺服系统应用较多的领域，工业机器人拥有多个自由度，因此每台工业机器人需要的伺服电机少则3-4台，多则10台以上。目前工业机器人的拥有量已经超过100万台，而且每年的需求量仍在大幅度增加。国际上工业机器人巨头大多都有自己专属的伺服配套，近些年也开始有国内的伺服厂家开始走进机器人行业，尽管性能上还是有不小差距。

3、纺织行业的伺服应用比例很低，为了提高生产效率，部分纺织机械开始采用高档的伺服技术，但几乎用的都是进口品牌，价格因素导致伺服系统在纺织行业没有大面积普及应用。若是国产伺服在保持价格优势的同时，提高产品性能，将会大大推动整个行业的发展。

除此之外，印刷机械、包装机械、医疗设备、冶金机械、自动化流水线等都对伺系统有很大的需求量。从中也可以看到提高伺服系统的性能对于各行业发展的重要性，除了价格因素之外，买家对于伺服电机的关注点主要有：

1.动态响应快，动态响应是伺服系统重要的动态性能指标，要求系统跟随给定快、超调量小、甚至无超调

2.精度高，伺服系统的精度是指输出量跟随给定值的精确程度，如精密加工的机床，要求很高的定位精度

3. 抗扰动能力强，在各种扰动作用下系统输出动态变化小，恢复时间快

4.与行业相关的解决方案，如电子凸轮、追剪、飞剪等控制技术的应用

伺服系统主要由伺服电机和驱动器两部分组成。驱动器在控制系统中作为命令元件，伺服电机在控制系统中作为执行元件，两者是控制系统的重要组成部分。伺服系统的的动态性能很多程度上取决于这两个部分。其中，响应带宽是衡量动态性能的一项重要指标，带宽越高，伺服系统的输出跟随输入指令的能力就越强，动态性能就越好。

《交流伺服驱动器通用技术条件》（JB T 10184-2000）中规定了伺服驱动器速度环带宽的测试方法：驱动器输入正弦波转速指令，其幅值为额定转速指令值的0.01倍，频率由1Hz逐渐升高，记录电动机对应的转速曲线，随着指令正弦频率的提高，电动机转速的波形曲线对指令正弦波曲线的相位滞后逐渐增大，而幅值逐渐减小。相位滞后增大至90度时的频率作为伺服系统90度相移的频带宽度；幅值减小至低频时0.707倍的频率作为伺服系统-3dB频带宽度。

图 频带宽度扫描波形

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