交流伺服系統(tǒng)除了具有穩(wěn)定性好、快速性好、精度高的特點(diǎn)外，與直流伺服電機(jī)系統(tǒng)相比有一系列優(yōu)點(diǎn):
交流電機(jī)不存在換向器圓周調(diào)速限制，也不存在電樞元件中電抗電勢(shì)數(shù)值限制，其轉(zhuǎn)速限制可以設(shè)計(jì)得比相同功率的直流電機(jī)高。
調(diào)速范圍寬，目前大多數(shù)的交流伺服電機(jī)的變速比可以達(dá)到1:5000，高性能的伺服電機(jī)的變速比已達(dá)1:10000以上。滿足數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)調(diào)速范圍寬、靜差率小的要求。
矩頻特性好，交流電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。并且具有轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力，可克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。滿足機(jī)床伺服系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩大、動(dòng)態(tài)相應(yīng)好、定位精度高的要求。
針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，人們一直在努力尋求以交流伺服電動(dòng)機(jī)取代具有機(jī)械換向器和電刷的直流伺服電動(dòng)機(jī)的方法，以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是高精度、高性能伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的需要。但是由于交流電機(jī)具有強(qiáng)耦合，非線性的特性，控制非常復(fù)雜，所以高性能運(yùn)用一直受到局限。自80年代以來(lái)，隨著電子電力等各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，在矢量控制算法方面的突破，原來(lái)一直困擾著交流電動(dòng)機(jī)的問(wèn)題得以解決，交流伺服發(fā)展地越來(lái)越快。
交流伺服的發(fā)展趨勢(shì)
隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)向著集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。
集成化：使用單一、多功能的控制單元，通過(guò)軟件的設(shè)置實(shí)現(xiàn)位置控制和速度控制功能?？梢允褂帽旧砼渲玫姆答亞卧獦?gòu)成半閉環(huán)或是通過(guò)外部接口構(gòu)成高精度的全閉環(huán)控制系統(tǒng)。
智能化：伺服器控制模式的智能化，如在內(nèi)部預(yù)先編程實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)軌跡，控制本站點(diǎn)周邊的io口，內(nèi)帶主從跟隨模式調(diào)整，電子凸輪等。
網(wǎng)絡(luò)化：伺服器間實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化分布式控制。伺服器實(shí)現(xiàn)模塊化的可重構(gòu)，節(jié)省成本。
國(guó)內(nèi)交流伺服的研究現(xiàn)狀
交流伺服系統(tǒng)包括基于異步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)和基于同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)。目前機(jī)床主要采用的是永磁同步交流伺服系統(tǒng)。在交流伺服研究領(lǐng)域，日本、美國(guó)和歐洲的研究一直走在世界前列。日本的安川公司在20世紀(jì)80年代中期研制成功一臺(tái)交流伺服驅(qū)動(dòng)器。隨后fanuc、三菱、松下等公司先后推出各自的交流伺服系統(tǒng)，國(guó)外的這些產(chǎn)品大多是基于異步電動(dòng)機(jī)的。國(guó)內(nèi)在基于異步電機(jī)交流伺服系統(tǒng)的研究比較晚，到目前為止還沒(méi)有產(chǎn)品問(wèn)世。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者把研究的重點(diǎn)放在永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)上。我國(guó)的華中科技大學(xué)、北京機(jī)床研究所、西安微電動(dòng)機(jī)研究所、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、蘭州電動(dòng)機(jī)廠等單位開(kāi)始研究并推出交流伺服系統(tǒng)。其中，由廣州數(shù)控公司生產(chǎn)的da98全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在我國(guó)的高精度數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)行業(yè)已經(jīng)打開(kāi)局面，打破了外國(guó)公司壟斷的格局，開(kāi)創(chuàng)了民族品牌新紀(jì)元。
交流伺服的信號(hào)和數(shù)控系統(tǒng)接口有三種模式，也是它經(jīng)歷的三個(gè)階段。以國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，廣州數(shù)控的da98屬于代也是劃時(shí)代的一種伺服驅(qū)動(dòng)器，它是臺(tái)全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置，它接受方向命令脈沖。第二代是以埃斯頓為代表的edb系列，它不僅能夠接受脈沖命令信號(hào)，還能接受速度控制或是轉(zhuǎn)矩控制的模擬量的輸入。第三代是網(wǎng)絡(luò)化交流伺服系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化伺服系統(tǒng)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和全數(shù)字化交流伺服的有機(jī)結(jié)合，全數(shù)字化交流伺服技術(shù)可以使用戶根據(jù)負(fù)載狀況調(diào)整參數(shù)，也省去了一些模擬回路所產(chǎn)生的漂移等不穩(wěn)定因素。采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，將微處理器和現(xiàn)場(chǎng)總線接口置入全數(shù)字型交流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器，形成智能型獨(dú)立的全數(shù)字伺服控制單元，將其直接連接到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線上，就形成了新型的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。減少了硬件數(shù)量和連線，各智能單元結(jié)構(gòu)上獨(dú)立自主，可與外界以及相互間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，而且可以加掛其它現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，易于擴(kuò)展。到目前為止網(wǎng)絡(luò)化交流伺服器在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟產(chǎn)品。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一種基于dsp＋fpga+asipm的網(wǎng)絡(luò)化交流伺服控制系統(tǒng)，原理樣機(jī)已在三維雕刻機(jī)上得到了初步的驗(yàn)證。
目前的伺服器驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部大多采用高速dsp處理器，推進(jìn)了各種*的運(yùn)動(dòng)控制算法在新型驅(qū)動(dòng)器上的使用。在硬件結(jié)構(gòu)上各大伺服系統(tǒng)供應(yīng)商大多采用dsp+cpld（fpga）結(jié)構(gòu)，由于dsp和cpld（fpga）的可重復(fù)編程性，可以實(shí)現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)的模塊化可重構(gòu)。只要為系統(tǒng)配置相應(yīng)不同的軟件（包括控制算法）就可以控制和驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)、永磁同步伺服電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)，而通過(guò)對(duì)fpga的重新配置還可以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和三相感應(yīng)式高壓步進(jìn)電機(jī)。這就為數(shù)控機(jī)床的升級(jí)以及革新留下了很多的空間。
數(shù)控切割機(jī)電機(jī)分為交流伺服和步進(jìn)，目前國(guó)產(chǎn)運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)比較廣泛，而伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在大型數(shù)控切割機(jī)上的應(yīng)用成上升趨勢(shì)，其驅(qū)動(dòng)特性，表明伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在切割機(jī)上的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛起來(lái)！武漢依德焊割設(shè)備有限公司，高配龍門(mén)數(shù)控切割機(jī)，配備日本松下伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，性能穩(wěn)定，就是很好的應(yīng)用例子！
結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是朝著精密化和高速化方向發(fā)展。作為數(shù)控機(jī)床主要組成部分的伺服系統(tǒng)，越來(lái)越多的選擇停留在交流伺服上面，它具有其他幾種伺服系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。隨著交流伺服技術(shù)的發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)將逐漸地全面取代直流伺服系統(tǒng)。