开题报告

毕业设计（论文）材料之二（2）

本科毕业设计(论文)开题报告

题目：数字式伺服驱动器功率主回路的设计

    

课 题 类 型：  设计√ 实验研究□ 论文□  

学 生 姓 名：        

学       号：        3080205229   

专 业 班 级：  电气工程及其自动化082    

学       院：       电气工程学院        

指 导 教 师：           

开 题 时 间：         20##-3-19      

2012 年 3月16 日

一、设计内容及研究意义

伺服驱动系统(ServoSystem)简称伺服系统，是自动控制系统中的一类。它是伴随电的应用而发展起来的，最早出现于本世纪初。1934年第一次提出了伺服机构(servomech耐sm)这个词，随着自动控制理论的发展，到本世纪中期，伺服系统的理论与实践均趋于成熟，并得到广泛应用。

伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标或给定值任意变化的自动控制系统，例如数控机床等，是控制理论、电力电子技术、电机技术、微电子技术、检测技术等学科相互发展融合的产物，是自动化学科及工业生产领域重要的分支。在机械制造行业、冶金工业，交通运输以及军事上都得到了广泛的应用。

伺服系统强调对控制命令的快速跟踪和响应，所以伺服控制系统可以认为是随动控制系统，既可以是转速的随动控制，也可以是位置的随动控制。在广义的角度上看，电动机的调速系统也可以认为是伺服控制的一种，只不过在调速系统中，强调的被调量是电动机的转速，更加有效的实现功率变换。而伺服系统则强调忠实跟踪给定信号，即按控制器发出的控制命令而动作，并产生足够的力或力矩，使被驱动的机械获得期望的运动速度和位姿。

伺服系统的发展经历了由液压伺服到电气伺服的过程。在电气伺服系统中，按驱动装置的执行元件电动机类型来分，通常分为直流伺服系统和交流伺服系统两大类。从技术上看，在20世纪60年代末、70年代初，直流伺服电动机就己经实用化了，在各类机电一体化产品中，大量使用着各种结构的

直流伺服电动机。六十年代以后，特别是七十年代以来，随着电力电子学、微电子学、传感技术、永磁技术和控制理论的惊人发展，尤其是先进控制策略的成功应用，交流伺服系统的研究和应用取得了举世瞩目的发展，己具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美，交流伺服系统取代直流伺服系统己成定局。其中交流永磁同步电机(PMSM)又以其结构简单、气隙磁密高、功率密度大、转动惯量小的优点，成为研究的热点。和直流电机相比，交流永磁同步电机没有直流电机的换向器和电刷等缺点，和其他类型交流电动机相比，它由于没有励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好。现已广泛用于数控机床、工业机器人、超大规模集成电路制造、柔性制造系统、载人宇宙飞船、电动工具以及家用电器等高科技领域。

另一方面，高速数字信号处理芯片(DSP)的快速发展也对伺服系统的发展起到了推动作用。DSP强大的数据处理能力和高运行速度使得先进的控制技术如矢量控制、直接转矩控制等得以实现。并且DSP芯片内部集成了A/D转换、数字输入/输出、串口通信、电机控制PWM信号输出等接口，使得伺

服系统硬件设计更加灵活、简易。

二、研究现状和发展趋势

伺服驱动器的研究现状

伺服驱动是一门包含着丰富内容的综合性技术。它的发展离不开电力电子技术、大功率驱动技术、电机制造技术、计算机控制技术和控制理论学科的发展。伴随各项技术的发展和完善，交流伺服驱动的研究也在不断深入，其应用领域日益广泛。

自二十世界七十年代以来，随着电力电子技术、大功率驱动技术、电机制

造技术、计算机控制技术和控制理论学科的发展，高速、高集成度、低成本的

微处理器问世及商品化，全数字化的交流伺服系统进入全面发展的阶段。目

前，在交流伺服驱动系统中，普遍应用的交流伺服电动机有两大类。一类称为

无刷直流电动机（The Brushless DC Motor，简称BLDCM），另一类称为永磁

同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）。在高性能

伺服领域，由于永磁交流伺服系统在转矩/惯量比、单位电流转矩、功率密

度、转矩波动、调速范围、损耗、热容量和效率等方面都具有明显的优势，因

此，在实际系统中得到了广泛的应用。

目前，国外生产交流伺服产品的厂家很多，如日本安川公司、三菱公司、松下公司，德国西门子公司、KEB公司、BOSCH公司，美国Kollmorgen公司、Emerson公司、AMC公司，瑞典ABB公司等已先后推出了基于DSP和矢量控制的高性能伺服驱动器。现有国外永磁交流伺服系统性能主要体现在以下几个方面：

(1)采用IPM功率模块和以DSP为核心的全数字控制成为主流。

(2)能实现位置、速度和转矩等各种伺服控制，电机运动的位置和速度轨迹可柔性设计。

(3)高速、高精度和高响应速度，速度响应最高可达1KHz。系统低速运行平稳，转速更加平滑。

(4)配备了抑振算法，对低刚性机械的振动有自动抑制功能。具有自动调整算法，能自动检测机械负载及惯量的变化从而通过改变伺服增益保持系统性能不变。

(5)采用LED显示工作状态和通过键盘进行参数设定。通过CAN、RS-485以及RS-232等实现和上位机的通信，实现网络控制。

(6)完善的故障诊断及保护功能，包括限位行程开关、反馈丢失、软件限位、硬件安全电路（看门狗）等功能。

国内交流伺服驱动系统研究起步于九十年代，相对国外的发展要落后，电机控制技术与国外还有很大的差距，技术落后主要是局限于欠缺实用的电机数字控制算法和高可靠的功率模块。由于资金和技术的限制，研究和产品多集中在低价位、性能较差的直流无刷电动机上，产品仍以数字模拟混合式为主。采用信号处理器控制交流伺服系统即全数字化交流伺服系统的研究主要集中在国内的一些高校和研究所。他们的永磁同步电动机多为特殊设计，应用于航天、国防等特殊场合的特种电动机。

伺服驱动器的发展趋势

自世界上第一台伺服控制系统出现以来，伺服驱动技术就一直不断发展。当前永磁同步电机驱动技术的研究主要围绕新材料新工艺的应用、电机模型的分析和完善、力矩波动的分析及抑制、新型位置检测、驱动控制器的分析与设计研究等几个方面。新材料新工艺的应用主要集中在永磁材料的研究及电机优化设计与制造方面。电机模型的研究主要集中在不同结构电机模型的建立、电机动态和稳态特性的分析以及电机参数的计算和参数辨识等。力矩波动是影响永磁同步电机伺服驱动系统低速性能指标提高的主要因素之一，波动力矩的抑制技术可以分为两大类：基于电机设计的抑制技术和基于控制器的波动力矩抑制策略。永磁同步电机系统需要转子位置信息来提供功率驱动器的换向信号，实现电机的电流控制。近几年新兴的无传感器位置检测技术使永磁同步电机系统的结构更加紧凑，成本降低，但由于受到噪声以及参数不确定性等因素的影响，位置检测的精度难以令人满意。故而实际应用中仍以旋转变压器、光电码盘和感应同步器为位置检测元件。驱动控制器的分析和设计主要集中在两个方面，即驱动控制器的硬件实现和各种驱动控制理论和方法在电机驱动器中的应用。

交流伺服驱动系统的硬件实现主要目标是硬件上扩充、改善和提高系统伺服控制性能，主要包括提高逆变器功率器件的性能；提高逆变功率器件的开关频率；改善器件的驱动和保护电路性能；解决逆变器的死区补偿问题等。目前一般水平的IGBT的开关频率在10到20KHz，发展趋势是开关频率越来越高，目前可达到150KHz，耐压量逐渐提高，导通电阻越来越少，功耗越来越低，效率越来越高，随着封装技术的发展和新材料的出现，这种发展趋势还会持续下去。IPM是向第四代功率器件—功率集成电路的过度产品。IPM模块不但具有提供一定功率输出的能力，还具有控制、传感、检测、保护和自诊断等功能，所以称之为智能模块。它内含驱动电路、保护电路、具有过流、短路、负压、过压保护等功能。用户只需要提供PWM信号给智能模块，就可以实现复杂的主电路以及外围电路的功能，所以集成化智能模块是今后大功率半导体器件发展的方向。伺服电机自身是具有一定的非线性、强耦合性及时变性的系统，同时伺服对象也存在较强的不确定性和非线性，加之系统运行时受到不同程度的干扰，因此按常规控制策略很难满足高性能伺服系统的控制要求，基于常规控制理论设计的电机控制系统存在缺陷和不足。传统控制器的设计通常需要被控对象有非常精确的数学模型，而永磁电机是一个非线性多变量系统，难以精确的确定其数学模型，按照近似模型得到的最优控制在实际上往往不能保证最优，受建模动态，非线性及其他一些不可预见参数变化的影响，有时甚至会引起控制品质严重下降，鲁棒性得不到保证。为此，如何结合控制理论新的发展，引进一些先进的复合型控制策略以改进控制器性能是当前发展高性能交流伺服系统的一个主要突破口。由于高性能的微处理器应用于交流伺服系统，在控制上由通常所采用的PID控制规律，开始转向现代控制理论，自适应控制、人工智能、模糊控制、变结构控制、神经元网络等新成果开始应用于交流伺服驱动系统。

综合交流伺服系统的发展与现状，可以十分清楚地看出其发展趋势，主要有以下几个方面：

 (1)交流化。伺服技术将继续迅速地由DC伺服系统转向AC伺服系统。从目前国际市场的情况看。几乎所有的新产品都是AC伺服系统。在工业发达国家，AC伺服电机的市场占有率已经超过80%。在国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多。可以预见，在不远的将来，除了在某些微型电机领域外，AC伺服电机将完全取代DC伺服电机。

(2)全数字化。全数字交流伺服系统就是将伺服电机的位置环、速度环、电流环控制和监控通讯功能全部由软件完成，极大增强了交流伺服系统设计与使用的柔性，可满足高精度需要[29]，代表交流伺服系统的发展水平和主导方向。其特点是易于通用化，可以设计适合于众多电力电子系统的统一硬件电路；软件可以模块化设计，以构成适用于不同应用对象的控制算法，自适应控制、人工智能、模糊控制、变结构控制、神经元网络等新成果将广泛应用于交流伺服系统；微处理器的数字控制，使信息双向传递能力大大增强，提高分级控制力，使系统趋于智能化。

(3)集成化。伺服驱动器中所用的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能功率模块IPM(intelligent power module)把控制电路和大功率电子开关器件集成在一起，即将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成。其结构紧凑、性能稳定、工作可靠、综合成本低，它的应用显著地简化了伺服单元的设计，并实现了伺服系统的小型化和微型化，今后将广泛应用在交流伺服领域并进一步发展。

(4)智能化。智能化是当前一切工业控制设备的流行趋势，伺服驱动系统作为一种高级的工业控制装置当然也不例外。最新数字化的伺服控制单元通常都设计为智能型产品，它们得智能化特点表现在以下几个方面。首先都具有参数记忆功能，系统地所有运行参数都可以通过人机对话的方式由软件来设置，保存在伺服单元内部。通过通信接口，这些参数可以在运行途中由上位机修改，应用方便。其次它们具有故障自诊断与分析功能，能将故障的类型及可能的原因通过用户界面清楚地显示出来，简化乐维修与调试得复杂性。此外，有的伺服系统还有参数自整定功能，可以通过几次运行，自动将系统得参数整定并实现最优化，将节省相关人员大量的时间和精力。

(5)模块化和网络化。在国外，以工业局域网技术为基础的工厂自动化FA（Factory Automation）工程技术在最近十年来得到了长足的发展，并显示出良

好的发展势头。为适应这一发展趋势，最新的伺服系统都配置了标准的串行通

信接口（如RS-232或RS-422接口等）和专用的局域网接口。这些接口的设置，显著地增强了伺服单元与其他控制设备的互连能力，从而与CNC系统间哈尔滨工业大学工学硕士学位论文的连接也由此变得十分简单，只需要一根电缆或光缆，就可以将数台，甚至数十台伺服单元与上位机连接成为整个数控系统。也可以同过串行接口，与可编程控制器（PLC）的数控模块相连。

(6)经济化。简易低成本的经济型交流伺服系统将迅速发展，应用领域进一步扩大。简易数控机、办公室自动化设备、家用电器、计算机外围设备以及对性能要求不高的工业运动控制等，是一个量大面广、不可忽视的应用领域。总之，伴随各种相关技术的发展，交流伺服系统正向交流化、全数字化、集成化、智能化、模块化和网络化、经济化的方向发展。

三、研究方案及其工作计划

研究方案：

永磁同步电机是交流伺服系统的一个主要环节，由永磁同步电机的电磁关系可知，对于这样一个高阶、非线性、耦合的多变量系统直接进行分析求解是极其复杂的,为了研究和分析方便需要建立一个合适的永磁同步电机动态数学模型。

由于永磁同步电机的磁链方程和电压方程是一组变系数微分方程，微分方程的系数随着定转子的相对位置变化而变化，是时间的函数，其静态和动态特性以及控制技术远比直流电机复杂。

本文的主要研究内容是首先，从电机的基本原理出发，分析了 PMSM 的数学模型，接着介绍了永磁同步电机矢量控制理论，采用了的控制方案。本文介绍基于DSP的同步电机交流伺服控制系统由三相整流电路、智能功率模块、滤波电容、能耗制动回路组成，见图一。

图1   系统框图

论文的主要内容：

第一章阐述了本课题的背景和意义，简单介绍了交流伺服系统的结构组成、发展现状以及交流伺服驱动技术的发展趋势。

第二章在分析永磁同步电机结构特点，建立了数学模型，着重介绍了永磁同步电机的矢量控制原理。

第三章提出了基于DSP的永磁同步电机驱动系统的硬件设计方案，并对各功能模块进行了分析和设计。

第四章在硬件结构的基础上介绍了软件设计的流程和相关算法的实现。

第五章对全文内容进行了总体，并对下一步工作做出展望。

工作计划：

1．前期准备。（3.1～3.16）

   查阅与课题相关的参考文献，并认真完成开题报告。

2．提出设计方案。（3.17～4.10）

   根据设计要求设计出基本设计方案。

3．硬件电路设计。（4.11～4.20）

   根据设计方案将设计过程分成几个模块，分别完成各个模块的设计。

4．软件设计与计算。（4.20～4.27）

   根据设计要求，计算相关参数。

5．系统仿真调试。（4.28～5.04）

   运用软件对系统进行仿真调试。

6．撰写论文。（5.05～6.14）

   按照安徽工程大学毕业设计规范撰写毕业设计报告。

7．准备论文答辩。（6.15～6.21）

四、主要参考文献

[1] 黄声华，吴芳.永磁交流伺服系统国内外发展概况.微特电机.2008（05）

[2] 秦忆等. 现代交流伺服系统. 武汉:华中理工大学出版社, 1995: 1~114

[3] 胡庆波, 胡海兵. 基于交流永磁同步电机的全数字伺服控制系统. 电源技术应用. 2004, 7(2): 69~72

[4] 许强. 交流伺服系统主电路参数的研究[J]. 伺服控制, 2005(11):40- 42

[5] 陈伯时.交流调速系统[M]. 北京: 机械工业出版社, 1998

[6] 刘日宝.全数字永磁交流伺服驱动系统的研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2004

[7] 曾岳南, 毛宗源, 罗彬等. 参数自调整永磁同步电机伺服驱动控制器设计. 电力电子技术. 2006, 40(4): 25~27

[8] 王妍, 杜军红, 陶伟宜. 基于 DSP 的空间电压矢量法 PWM 的研究. 电机与控制学报. 2000, (2): 98~105

[9] 李永东, 张猛. 高性能交流永磁同步电机伺服系统现状. 伺服控制. 2008, (1):34~37

[10] 卢志刚，吴杰，吴潮. 数字伺服控制系统与设计[M]. 北京：机械工业出版社，2007：4~6

[11] 符曦.高磁场永磁式电动机及其驱动系统 [M]. 北京：机械工业出版社，1997 ：22~24

[12] 沈杰. 基于 DSP 的永磁同步电机伺服控制系统的研究[D]. 合肥：合肥工业大学，2007：5

[13] 王成元，周美文，郭庆鼎. 矢量控制交流伺服驱动电动机[M]. 北京：机械工业出版社，1995：28~30

[14] 王兆安，刘进军.  电力电子技术[第5版] [M]. 机械工业出版社，2009:43-118

[15] 盛建科，贾正春，许强 . 交流伺服系统主电路参数的研究 [J]. 电气传动，2005(5)：10~12

[16] 沈涛. 永磁同步电机数字交流伺服系统的研究[D]. 西安：西安理工大学，2007：26~27

[17] 胡庆波, 胡海兵. 基于交流永磁同步电机的全数字伺服控制系统. 电源技术应用. 2004, 7(2): 69~72

[18]  G. G. Bon, K. H. Nam. A Vector Control Scheme for a PM Linear Synchronous Motor in Extended Region. IEEE Transactions on Industry Applications. 2003,39: 1280~1287

[19] M. Tursini, R. Peterlla, F. Parasiliti. Initial Rotor Position Estimation Method for PM Motors, IEEE Transations on Industry Applications. 2003, 39(6): 1630~1640

[20]  J. S. Kim, S. K. Sul. New Stand-still Position Deteetion Strategy for PMSM Drive without Rotional Transducers. IEEE APEC. 1994, 363~369

[21]  S. Bachir, S. Tnani, J. C. Trigeassou, G. Champenois. Diagnosis by Parameter Estimation of Stator and Rotor Faults Occurring in Induction Machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2006, 53 (3): 963~973

[22]  J. M. Erdman, R. J. Kerkman, D. W. Schlegel, et al. Voltages Effect of PWM Inverters on AC Motor Bearing Currents and Shaft Voltages. Indu Appl. IEEE Trans. 1996, 32 (2): 250~259

[23]  G. B. Kilman, J. Stein, R. D. Endicott, et al. Noninvasive Detection of Broken Rotor Bars in Operating Induction Motors .IEEE Trans on Energy Conversion,1988,34 (4): 873~879

附录1：伺服电机英文资料

Servo motor
1. Servo motor definition
     Also known as the implementation of the motor servo motor, the automatic control system for the implementation of components to convert signals received from the motor shaft angular displacement or angular velocity output.DC and AC servo motor is divided into two categories, the main feature is that when the signal voltage is zero, no rotation of the phenomenon, the increasing speed with uniform torque decreased.Servo motors to control mechanical servo system in the operation of the engine components. Is a servomotors device.Servo motor can control the speed, position accuracy is very accurate.The voltage signal into a torque and speed to drive the control object.Rotor speed by the input signal control, and can respond rapidly, in the automatic control system for the implementation of components, and has electrical and mechanical time constant, linear and high initiating voltage low.
2. Servo motor works
    1. Servo mainly rely on impulse to locate, basically can be understood, the servo motor receives a pulse, a pulse will rotate the corresponding point of view, in order to achieve the displacement, because the servo motor itself has issued a pulse function, so the servoEach motor to rotate a point of view, is issued by the corresponding number of pulses, so that the pulse and servo motors to accept the formation of the echo, or called closed-loop, this way, the system will know the number of pulses sent to the servo motor, while the number of receivedpulse came back, so that we can very accurately control the motor rotation, in order to achieve accurate positioning, can reach 0.001mm.DC servo motor into brush and brushless motors.Brush motor low cost, simple structure, starting torque, wide speed range, easy control, need to maintain, but easy to maintain (replacement carbon brushes), generate electromagnetic interference, the environment requirements.So it can be used for cost-sensitive general industrial and civil applications.Brushless motor, small size, light weight, large output, fast response, high speed, small inertia, rotational smoothness, torque and stability.Control complex, easy to implement intelligent, flexible way of their electronic commutation, the commutation can be square wave or sinusoidal commutation.Motor maintenance-free, high efficiency, low operating temperature, electromagnetic radiation is very small, long-life, can be used for a variety of environments.
    2. Brushless AC servo motor is divided into synchronous and asynchronous motors, motion control in the current synchronous motor is generally used, and its power range, can do a lot of power.Large inertia, the maximum rotation speed is low, and with the power increases rapidly decreased.Thus suitable for applications that run on low speed steady.
    3. Servo motor rotor is permanent magnet, the drive control of the U / V / W three-phase power to form fields, the rotor in the magnetic field under the rotation, while the motor comes with encoder feedback signal to the drive, the drive according to the feedback valuecompared with the target value, adjusting the angle of the rotor rotation.Depends on the accuracy of the servo motor encoder accuracy (lines).
Question:

AC servo motors and brushless DC servo motor function, what is the difference?
A: AC servo better because a sine wave control, torque ripple small.DC servo is a trapezoidal wave.But the DC servo is relatively simple, cheap.
3. Introduction permanent magnet AC servo motor
    80 years since the 20th century, with the integrated circuits, power electronics and AC variable speed drive technology, permanent magnet AC servo drive technology with outstanding development, national electrical manufacturers have launched their own well-known AC servo motor and servo drive seriesand continue to improve and update products.AC servo system has become a contemporary high-performance servo systems the main development direction, so that the original DC servo facing the crisis of being eliminated.90 years later, the world has been commercialized by AC servo digital control system is a sine wave motor servo drive.AC servo drive the rapid development of the field in the transmission.Permanent magnet AC servo motor compared with DC servo motor, the main advantages are: ⑴ without brush and commutator, it is reliable and maintenance requirements for maintenance and low.⑵ cooling the stator winding more convenient.⑶ inertia is small, easy-to improve the system fast.⑷ adapted to high-speed high torque working condition.⑸ under the same power, smaller size and weight.Since the German MANNESMANN of Rexroth Indramat division in the company's Hanover Trade Fair 1978 was officially launched MAC permanent magnet AC servo motor and drive system, which marks this new generation of AC servo technology has entered the practical stage.To the late 20th century, 80 years, the company has a complete line of products.The servo-device market are turning to the exchange system.Early analog systems such as zero-drift, interference, reliability, accuracy and flexibility in areas such as lack of motion control is still not fully meet the requirements, in recent years with the microprocessor, the new digital signal processor (DSP) applicationsthe emergence of digital control system, the control section can be carried out entirely by the software, called Jiang hazy or Tuan Shen Jing only fresh coarse hempen fabric, valiant only Shen of the permanent magnet AC servo system.So far, high-performance servo systems mostly use electrical permanent magnet synchronous AC servo motor, control the drive to use more fast, accurate positioning of the all-digital servo system.Typical manufacturers such as Siemens of Germany, the United States and Japan Kollmorgen companies such as Panasonic and Yaskawa.Yaskawa Electric has launched a small-scale production of AC servo motors and drives, in which D series for CNC machine tools (maximum speed of 1000r/min, torque is 0.25 ~ 2.8Nm), R series is suitable for the robot (the highest speed of 3000r/min, torque is 0.016 ~ 0.16Nm).Launched after the M, F, S, H, C, G six series.90 20th century, has introduced a new D-series and R series.Rectangular wave drive from the old series, 8051 to control the sine wave drive, 80C, 154CPU and gate array chip control, torque ripple from 24% to 7%, and improved reliability.Thus, the formation of only a few years, eight series (power range of 0.05 ~ 6kW) more complete system to meet the working machinery, transportation agencies, welding robots, assembly robots, electronic components, processing machinery, printing presses, high speed winding machine, winding machines for different needs.CNC equipment to produce the famous Japanese law that g (Fanuc) company, in the 20th century has introduced the mid-80s S series (13 specifications), and L series (5 specifications) of the permanent magnet AC servo motor.L Series has a smaller moment of inertia and the mechanical time constant, particularly for applications that require fast response servo system.Other Japanese manufacturers, such as: Mitsubishi Motors (HC-KFS, HC-MFS, HC-SFS, HC-RFS and HC-UFS series), Toshiba Seiki (SM series), Okuma Iron Works (BL series), Sanyo Electric(BL series), standing stones motor (S series) and many other manufacturers have entered the permanent magnet AC servo system fray.Germany Rexroth (Rexroth) The MAC Indramat Division Series AC servo motor Total 7 Frame 92 specifications.Germany's Siemens (Siemens)'s IFT5 series three-phase permanent magnet AC servo motor standard and short form is divided into two categories, a total of 98 species of 8 frame size specifications.Allegedly the same series AC servo motor and DC servo motor output torque compared IHU series, which weighs only 1 / 2, supporting the transistor PWM drive 6SC61 series, the most for 6-axis motor control.Bosch (BOSCH) ferrite magnets produced the SD series (17 standard) and rare earth permanent magnet of the SE series (8 specs) AC servo motor and drive controller Servodyn SM series.American production companies Gettys servo device as Gould Electronics, once a division of (Motion Control Division), production of M600 series A600 series AC servo motor and servo drives.After the merger to the AEG, Gettys name restored, the introduction of A700 all-digital AC servo system.U.S. AB (ALLEN-BRADLEY) 1326-based production company driver division ferrite permanent magnet AC servo motor and servo controller PWM AC 1391.Frame size motors including 3 of 30 specifications.ID (Industrial Drives) is a famous Cole Morgan (Kollmorgen) of industrial drives division, has produced BR-210, BR-310, BR-510 a total of 41 specifications of the three series of brushless servo motor and servo BDS3drive.Since 1989, launched a new series designed solely doped Jian Pirates (Goldline) permanent magnet AC servo motor, including the B (small inertia), M (Middle Inertia) and EB (explosion proof) three categories, 10,20,40,60,80 five frame sizes, each of 42 categories of specifications, all using NdFeB permanent magnet, torque range of 0.84 ~ 111.2Nm, a power range of 0.54 ~ 15.7kW.Supporting the drive has BDS4 (analog), BDS5 (digital type, with position control) and the Smart Drive (digital type) of three series, the maximum continuous current of 55A.Goldline Series represents contemporary art in permanent magnet AC servo technology.Ireland's Inland formerly a division of Kollmorgen abroad, now merged into the AEG, the production of DC servo motors, DC torque motor and servo amplifier is known.Production BHT1100, 2200,3300 three frame sizes of 17 kinds of specifications of SmCo permanent magnet AC servo motor and eight controllers.French Alsthom Group factory in Paris Parvex LC series (long form) and GC series (short) 14 AC servo motor specifications, and production AXODYN series of drives.The former Soviet Union for the CNC machine tools and robots servo control developed two series of AC servo motor.One ДBy series uses ferrite magnets, there are two frame sizes, frame sizes are 3 for each core length, each with two winding data, a total of 12 specifications, a continuous torque range of 7 ~ 35N.m.2ДBy series uses rare earth permanent magnet, 6 frame size 17 specifications, the torque range is 0.1 ~ 170N.m, supporting the 3ДБ controller.In recent years, Panasonic has introduced the all-digital AC servo system based MINAS series, in which permanent magnet AC servo motor with MSMA series of small inertia-type, power from 0.03 ~ 5kW, a total of 18 kinds of specifications; the inertia type with MDMA, MGMA, MFMA threeseries, the power from 0.75 ~ 4.5kW, 23 kinds of specifications, MHMA series of large inertia motor power range from 0.5 ~ 5kW, 7 kinds of specifications.Samsung developed in recent years, all-digital AC servo motor and drive system, which FAGA AC servo motor series of CSM, CSMG, CSMZ, CSMD, CSMF, CSMS, CSMH, CSMN, CSMX a variety of models, the power from 15W ~ 5kW.Now often used (Powerrate) This comprehensive index as the servo motor quality factor, measuring a variety of AC and DC servo motor contrast and dynamic response performance stepper motor.Continuous motor power, said the rate of change (rated) torque and rotor inertia ratio.Change rate is calculated by power analysis, the permanent magnet AC servo motor technology indicators for the United States ID, Goldline Series is the best, followed by Germany's Siemens in IFT5 series.

附录2：英文资料相应翻译

伺服电机

1.伺服电机的定义

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，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。伺服电机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。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压低等特点。

2.伺服电机工作原理

   1.伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。

   2.交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

   3.伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

问题：问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？ 　

答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。

3.永磁交流伺服电动机简介

20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小，易于提高系统的快速性。⑷适应于高速大力矩工作状态。⑸同功率下有较小的体积和重量。自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为摪胧只瘮或抟旌鲜綌、撊只瘮的永磁交流伺服系统。到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000r/min，力矩为0.25～2.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24％降低到7％，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。以生产机床数控装置而著名的日本法那克（Fanuc）公司，在20世纪80年代中期也推出了S系列（13个规格）和L系列（5个规格）的永磁交流伺服电动机。L系列有较小的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、大隈铁工所(BL系列）、三洋电气（BL系列）、立石电机（S系列）等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。德国力士乐公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。德国西门子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类，共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比，重量只有后者的1／2，配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列，最多的可供6个轴的电动机控制。德国博世（BOSCH）公司生产铁氧体永磁的SD系列（17个规格）和稀土永磁的SE系列（8个规格）交流伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动控制器。美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould 电子公司一个分部（Motion Control Division），生产M600系列的交流伺服电动机和A600 系列的伺服驱动器。后合并到AEG，恢复了Gettys名称，推出A700全数字化的交流伺服系统。美国A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM伺服控制器。电动机包括3个机座号共30个规格。I.D.（Industrial Drives）是美国著名的科尔摩根（Kollmorgen）的工业驱动分部，曾生产BR-210、BR-310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的掺鹣盗袛（Goldline）永磁交流伺服电动机，包括B（小惯量）、M（中惯量）和EB（防爆型）三大类，有10、20、40、60、80五种机座号，每大类有42个规格，全部采用钕铁硼永磁材料，力矩范围为0.84～111.2N.m，功率范围为0.54～15.7kW。配套的驱动器有BDS4（模拟型）、BDS5（数字型、含位置控制）和Smart Drive（数字型）三个系列，最大连续电流55A。Goldline系列代表了当代永磁交流伺服技术最新水平。爱尔兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部，现合并到AEG，以生产直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而闻名。生产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁交流伺服电动机和八种控制器。法国Alsthom集团在巴黎的Parvex工厂生产LC系列（长型）和GC系列（短型）交流伺服电动机共14个规格，并生产AXODYN系列驱动器。原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中ДBy系列采用铁氧体永磁，有两个机座号，每个机座号有3种铁心长度，各有两种绕组数据，共12个规格，连续力矩范围为7～35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁，6个机座号17个规格，力矩范围为0.1～170N.m，配套的是3ДБ型控制器。近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统，其中永磁交流伺服电动机有MSMA系列小惯量型，功率从0.03～5kW，共18种规格；中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列，功率从0.75～4.5kW，共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率范围从0.5～5kW，有7种规格。韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统，其中FAGA交流伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多种型号，功率从15W～5kW。现在常采用（Powerrate）这一综合指标作为伺服电动机的品质因数，衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续（额定）力矩和转子转动惯量之比。按功率变化率进行计算分析可知，永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D 的Goldline系列为最佳，德国Siemens的IFT5系列次之。