1.2 伺服系统的发展历史

1.2.1 直流伺服系统的发展史

伺服系统根据所控制的伺服电动机可以分为直流伺服系统（DC Servo）和交流伺服系统（AC Servo）。交流伺服系统按其采用的驱动电动机类型又可分为永磁同步（SM型）伺服电动机交流伺服和感应式异步（IM型）伺服电动机交流伺服系统。20世纪50年代直流电动机实现了产品化，并在机械设备上得到了广泛的应用。20世纪70年代是直流伺服系统应用最广泛的时期。但是直流伺服电动机的机械结构复杂，维修工作量大，电刷、换向器等则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。

1.2.2 交流伺服系统的发展史

20世纪70年代末至80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体技术和电动机永磁性材料制造工艺的发展及其性价比日益提高，交流伺服电机及控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服控制技术已成为工业自动化技术的基础技术之一，并逐步替代了直流伺服系统。

自从德国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伺服系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰性、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（Digital Signal Processing，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控制。

图1-1 交流伺服电动机

交流伺服电动机如图1-1所示。

到目前为止，高性能的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。典型生产厂家有德国伦茨、AMK、Rexroth、西门子、法国施耐德、美国科尔摩根和日本安川等公司。

1.2.3 交流伺服系统的应用发展史

早期的伺服系统由于运动控制技术的限制，仅能单轴或几个轴的多轴联动控制，随着近代的运动控制技术与通信网络技术的发展，现在可做大型多轴联动同步控制。如德国倍福的嵌入式PC通过EtherCAT总线可控制128伺服轴同步。伺服驱动系统本体也具有多种运行模式，如数字速度（Digital Speed）、模拟量速度（Analog Speed）、数字力矩（Digital Torque）、模拟力矩（Analog Torque）、电子齿轮（Elec.Gearing）、位置控制（Position Motion）等运行模式。伺服功能也更加齐全，如相对位置（Relative Position）、绝对位置（Absolute Posi-tion）、电子齿轮（Elec.Gearing）、电子凸轮（Elec.Camming）、CNC数控等。

1.2.4 交流伺服系统的国内应用发展史

1990年以前，由于技术成本等原因，国内伺服电动机多以直流永磁有刷电动机和步进电动机为主，且主要集中在机床和国防军工行业。1990年以后，进口永磁交流伺服系统逐步进入中国市场，此期间得益于稀土永磁材料的发展、电力电子及微电子技术的进步，交流伺服电动机的驱动技术也很快从模拟式过渡到全数字式。由于交流伺服电动机的驱动装置采用了先进的全数字式驱动控制技术，硬件结构简单，参数调整方便，产品生产的一致性、可靠性增加，同时集成复杂的电动机控制算法和智能化控制功能，如增益自动调整、网络通信功能等，进一步拓展了交流伺服电动机的适用领域。另外，随着各行业，如机床、印刷设备、包装设备、烟草机械、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等，对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求不断提高，这些领域对交流伺服电动机的需求将迅猛增长，交流伺服系统已得到广泛的应用，并将逐步替代原有直流有刷伺服电动机和步进电动机。国内不仅在大量应用着交流伺服系统，与此同时国产伺服驱动器与伺服电动机也在逐渐推向市场。