一、概述

　　伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅動設備，電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構，在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。

　　作為數控機床的執(zhí)行機構，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅動及保護等集為一體，并隨著數字脈寬調制技術、特種電機材料技術、微電子技術及現(xiàn)代控制技術的進步，經歷了從步進到直流，進而到交流的發(fā)展歷程。數控機床中的伺服系統(tǒng)種類繁多，本文通過分析其結構及簡單歸分，對其技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作簡要探討。

　　二、伺服系統(tǒng)的結構及分類

　　從基本結構來看，伺服系統(tǒng)主要由三部分組成：控制器、功率驅動裝置、反饋裝置和電動機(圖1)?？刂破靼凑諗悼叵到y(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運行值的差，調節(jié)控制量;功率驅動裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網中的電能作用到電動機之上，調節(jié)電動機轉矩的大小，另一方面按電動機的要求把恒壓恒頻的電網供電轉換為電動機所需的交流電或直流電;電動機則按供電大小拖動機械運轉。

　　三、進給伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望

　　進給伺服以數控機床的各坐標為控制對象，產生機床的切削進給運動。為此，要求進給伺服能快速調節(jié)坐標軸的運動速度，并能精確地進行位置控制。具體要求其調速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動態(tài)響應快。根據系統(tǒng)使用的電動機，進給伺服可細分為步進伺服、直流伺服、交流伺服和直線伺服。

　　(一)步進伺服系統(tǒng)

　　步進伺服是一種用脈沖信號進行控制，并將脈沖信號轉換成相應的角位移的控制系統(tǒng)。其角位移與脈沖數成正比，轉速與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率可調節(jié)電動機的轉速。如果停機后某些繞組仍保持通電狀態(tài)，則系統(tǒng)還具有自鎖能力。步進電動機每轉一周都有固定的步數，如500步、1000步、50 000步等等，從理論上講其步距誤差不會累計。

　　步進伺服結構簡單，符合系統(tǒng)數字化發(fā)展需要，但精度差、能耗高、速度低，且其功率越大移動速度越低。特別是步進伺服易于失步，使其主要用于速度與精度要求不高的經濟型數控機床及舊設備改造。但近年發(fā)展起來的恒斬波驅動、PWM驅動、微步驅動、超微步驅動和混合伺服技術，使得步進電動機的高、低頻特性得到了很大的提高，特別是隨著智能超微步驅動技術的發(fā)展，將把步進伺服的性能提高到一個新的水平。

(二)直流伺服系統(tǒng)

　　直流伺服的工作原理是建立在電磁力定律基礎上。與電磁轉矩相關的是互相獨立的兩個變量主磁通與電樞電流，它們分別控制勵磁電流與電樞電流，可方便地進行轉矩與轉速控制。另一方面從控制角度看，直流伺服的控制是一個單輸入單輸出的單變量控制系統(tǒng)，經典控制理論完全適用于這種系統(tǒng)，因此，直流伺服系統(tǒng)控制簡單，調速性能優(yōu)異，在數控機床的進給驅動中曾占據著主導地位。

　　然而，從實際運行考慮，直流伺服電動機引入了機械換向裝置。其成本高，故障多，維護困難，經常因碳刷產生的火花而影響生產，并對其他設備產生電磁干擾。同時機械換向器的換向能力，限制了電動機的容量和速度。電動機的電樞在轉子上，使得電動機效率低，散熱差。為了改善換向能力，減小電樞的漏感，轉子變得短粗，影響了系統(tǒng)的動態(tài)性能。