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电气自动化控制技术研究

变器采用新型电力电子半导体器件，目前，伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关

频率很高的新型功率半导体器件，主要有大功率晶体管 (GTR)、功率场效应管 (MOSFET)
和绝缘门极晶体管 (IGPT) 等。这些先进器件的应用显著地降低了伺服单元输出回路的功耗，
提了系统的响应速度，降低了运行噪声。尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系统已经

开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一起的新型模块，称为智能控
制功率模块 (Intelligent Power Modules，简称 IPM)。这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、
过压过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。其输入逻辑电平与 TTL

信号完全兼容，与微处理器的输出可以直接接口。它的应用显著地简化了伺服单元的设计，
实现了伺服系统的小型化和微型化。
（二）工业机器人伺服驱动器的控制方式

伺服电机一般都有 3 种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。速
度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。

就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；
位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。对运动中的动态性能有比较高的要
求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢 ( 比如 PLC，或低

端运动控制器 )，就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把
位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率 ( 比如大部分中高端运动

控制器 )；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，
这一般只是高端专用控制器才能这么干，且这时完全不需要使用伺服电机。
1. 转矩控制

转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出
转矩的大小，具体表现为：例如 10V 对应 5Nm 的话，当外部模拟量设定为 5V 时电机轴
输出为 2.5Nm；如果电机轴负载低于 2.5Nm 时电机正转，外部负载等于 2.5Nm 时电机不转，

大于 2.5Nm 时电机反转 ( 通常在有重负载情况下产生 )。可以通过即时的改变模拟量的设
定来改变设定的力矩大小，也可通过通信方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在
对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如绕线装置或拉光纤设备，转矩的设

定要根据缠绕的半径的变化随时改变以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。
2. 位置控制

位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的
个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通信方式直接对速度和位移进行赋值。由于
位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数

控机床、印刷机械等。
3. 速度模式

通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外
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