Page 209 - 电气自动化控制技术研究

第七章 现代电机控制技术研究

三、网络环境下直流伺服电机控制问题

（一）网络化控制系统概述
进入新世纪以来，控制系统的规模越来越大，结构越来越复杂，其功能也越来越强，

以往的点到点结构已经难以适应控制系统日益加强的性能要求。伴随自动控制技术，计算
机技术以及通信技术的迅速成熟与交织渗透，控制系统正从集中封闭形式向分布开放形式

过渡，在此环境下，网络控制系统（Networked Control System，即 NCS）应运而生。网络
控制系统摈弃传统控制系统中的点到点布线方式，将处于不同地理位置上工作组件视为网
络节点，通过共享通信网络的方式实现各节点之间的数据交换，从而使系统具有结构简单、

构建成本低、可靠性高、灵活性强、资源可共享及远程可维护等优点。虽然相比于传统的
控制系统，网络控制系统拥有众多的优点，但网络对控制系统的作用存在正反两面性，网

络的参与将不能回避的造成新的问题。在复杂的网络环境中，由于受通信网络自身约束和
外界干扰等因素的影响，数据传输过程中会发生网络时延、数据丢包及数据错序等现象，
这使得数据交换具有动态不确定性并严重影响系统的整体性能，造成控制系统性能降低，

甚至破坏控制系统的稳定性。
直流伺服电机是一种能够实现被控对象输出值准确跟踪给定输入值变化的精密部件。
随着信息、自控和电力电子等技术的不断发展，直流伺服电机被广泛应用于军工制造、医

疗部件、机械印刷、工业生产等多个领域中。直流伺服电机又称为执行电动机，其体积小、
结构简单、精确度高且调速范围宽，并能够及时将收到的电信号转化为电机轴上的转矩和
转速输出，以实现被控对象的速率和位移按给定的数据变化。另外，直流伺服电机拥有众

多良好的性能，例如平滑地调速性能、精确地定位性能、迅速地启动和制动性能等，通过
直流伺服电机可对多种高性能元器件的运转速度、运行轨道及实时位置实现精确控制。正

是因为这些出色的特点和性能，使得对系统性能要求较高的场合广泛地使用直流伺服电机
作为执行元件。传统的直流伺服电机控制就是基于自动控制理论，以直流伺服电机作为被
控对象，实现电能到机械能的转换，使直流伺服电机的速度和位置按照所期望的参数和轨

迹变化。现代工业对直流伺服电机的性能和效率提出了更高的要求，这不仅要对直流伺服
电机本体的设计方法及硬件装置进行优化，还要运用更加高效有用的控制方法来实现。随

着现代控制技术不断完善和网络控制系统理论的日趋成熟，将传统的直流伺服电机控制原
理与网络化控制系统理论相结合，发展一种新型网络化直流伺服电机控制模式已经成为一
种必然趋势并存在广阔的实际应用前景。然而具有网络化结构的直流伺服电机控制系统，

拥有众多优点的同时也面临诸多新的挑战。由于直流伺服电机控制系统自身固有特性，其
要求控制数据具有较高的实时性、同步性以及安全性，但是网络控制系统概念的引入同时
带来了网络时延、数据丢包等一系列不确定因素，这些都会严重破坏控制系统数据交换的

实时性及网络节点的同步性，并对控制系统性能产生严重的影响。目前针对网络环境下直

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