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電動(dòng)機(jī)、角速度和角位移傳感器的最新成就，與采用新型電力電子器件、專用集成電路和專用控制算法的交流伺服驅(qū)動(dòng)器相匹配，組成新型高性能機(jī)電一體化產(chǎn)品。使原有的直流伺服系統(tǒng)面臨淘汰的危機(jī)，成為當(dāng)今世界伺服驅(qū)動(dòng)的主流及發(fā)展方向。正弦波交流伺服廣泛使用于航空、航天、兵器、船舶、電子及核工業(yè)等領(lǐng)域，如自行火炮、衛(wèi)星姿態(tài)控制、雷達(dá)驅(qū)動(dòng)、機(jī)載吊艙定位系統(tǒng)、戰(zhàn)車火控及火力系統(tǒng)、水下滅雷機(jī)器人等。
正弦波交流伺服電動(dòng)機(jī)是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。有刷直流電動(dòng)機(jī)自十九世紀(jì)四十年代出現(xiàn)以來(lái)，以其優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制特性，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，一直在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，機(jī)械接觸的電刷——換向器的制造工藝復(fù)雜和成本較高，一直是直流伺服電動(dòng)機(jī)的致使弱點(diǎn)。電刷——換向器的結(jié)構(gòu)也降低了直流伺服電動(dòng)機(jī)的可靠性，限制了其在很多場(chǎng)合中的應(yīng)用。為了取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的電刷——換向器結(jié)構(gòu)，人們作出了長(zhǎng)期的探索。上世紀(jì)20年代，Boliger提出用整流管代替有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械式電刷，從此產(chǎn)生了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本思想。
與傳統(tǒng)的有刷直流電動(dòng)機(jī)相比較，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的最大特點(diǎn)是以半導(dǎo)體開關(guān)元件代替了由換向器和電刷組成的機(jī)械換向機(jī)構(gòu)。由于沒(méi)有滑動(dòng)電接觸，也就消除了換向器的機(jī)械磨損、換向火花和電磁干擾。其轉(zhuǎn)子采用永磁體勵(lì)磁，不僅沒(méi)有勵(lì)磁損耗，而且保持了有刷直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)良的調(diào)速特性，提高了電機(jī)的整體效率。
20世紀(jì)七十年代以來(lái)，隨著電力半導(dǎo)體工作的飛速發(fā)展，許多新型的全控制半導(dǎo)體功率器件如GTR、MOSFET、IGBT等相繼問(wèn)世，加之新型高磁能積永磁材料如SmCo、NdFeB等的陸續(xù)出現(xiàn)均為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
隨著電機(jī)本體及其相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，新型電機(jī)不斷涌現(xiàn)。“無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)”的概念已由最初“特指”具有特定電子換向的直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展到“泛指”一切具備有刷直流電動(dòng)機(jī)外部特性且沒(méi)有電刷的永磁直流電動(dòng)機(jī)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)按其繞阻反電勢(shì)BEMF的波形和電流的波形可分為兩大類：方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和正弦波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)或正弦波交流伺服電動(dòng)機(jī)。
兩種永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)比較而言，方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有控制簡(jiǎn)單、成本低、檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)容易等優(yōu)點(diǎn)。但是方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理上存在固有缺陷，因電樞中電流和電樞磁勢(shì)移動(dòng)的不連續(xù)性而存在電磁脈動(dòng)，而這種脈動(dòng)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生噪聲，在中低速又是平穩(wěn)的力矩驅(qū)動(dòng)的主要障礙。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)又使得電機(jī)速度控制特性惡化，從而限制了由其構(gòu)成的方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)在高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合下的應(yīng)用（尤其是在低速直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合）。因此，對(duì)于一般性能的電伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，選用方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的控制方式，而對(duì)于高精度、高性能電伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則多采用正弦波交流伺服電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)。
在以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，正弦波交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，能夠接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和位置等一系列數(shù)字控制量。
正弦波交流伺服電機(jī)具有較高的控制精度。正弦波交流伺服電機(jī)的控制精度則是由于電機(jī)同安裝軸的位置傳感器及解碼電路來(lái)決定的。對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000＝0.036°對(duì)于帶無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的正弦波交流伺服電機(jī)的控制精度，由于位置信號(hào)是連接的正弦量，原則上位置分辨率由解碼芯片的位數(shù)決定。例如解碼芯片為14位R/D，驅(qū)動(dòng)器每接收214＝16384個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/16384＝0.02197秒。
正弦波交流伺服電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。正弦波交流伺服電機(jī)定子三相繞阻中通過(guò)，由矢量控制技術(shù)產(chǎn)生的三相正弦波交流電流。三相正弦波交流電流與三相繞阻中的三相正弦波反電勢(shì)產(chǎn)生光滑平穩(wěn)的電磁轉(zhuǎn)矩。在交流伺服控制系統(tǒng)中具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，調(diào)整系統(tǒng)抑制共振。總之，正弦波交流伺服電機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，在30分鐘轉(zhuǎn)一周到每分鐘3000轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)都不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。
正弦波交流伺服電機(jī)在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)，都能實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。可按主控計(jì)算機(jī)要求獨(dú)立地輸出額定轉(zhuǎn)矩以內(nèi)的任何轉(zhuǎn)矩。在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
正弦波交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟、制動(dòng)瞬間的慣性力矩。有效地減少啟、制動(dòng)時(shí)間。以松下MSMA400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。
正弦波交流伺服系統(tǒng)為數(shù)字閉環(huán)控制。系統(tǒng)內(nèi)部的反饋量：電流、轉(zhuǎn)速和位置由模擬量離散成數(shù)字量參與調(diào)節(jié)控制。系統(tǒng)的集成度較高，具有較好的柔性，可實(shí)現(xiàn)軟件伺服。溫度變化對(duì)系統(tǒng)的性能影響較小，系統(tǒng)的重復(fù)性好。易于應(yīng)用現(xiàn)代控制理論，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制策略。易于實(shí)現(xiàn)智能化的故障診斷和保護(hù)，系統(tǒng)具有較高的可靠性。易于與采用計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)通訊。
系列正弦波交流伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制器的大規(guī)模推廣，可有效打破發(fā)達(dá)國(guó)家在軍用高精度伺服電機(jī)領(lǐng)域?qū)ξ覈?guó)的封鎖和禁運(yùn)，可大大降低民用伺服電機(jī)的對(duì)國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)機(jī)床和輕紡機(jī)械類產(chǎn)品的更新?lián)Q代，具有廣闊的市場(chǎng)前景。 |
