現代電機控制理論發(fā)展使機床數控伺服系統(tǒng)實現交流化、數字化、智能化機床數控系統(tǒng)中，常用的伺服電機和控制系統(tǒng)有:
(一)開環(huán)控制系統(tǒng)
采用步進電機作為驅動器件，無須位置和速度檢測器件，也沒有反饋電路，控制電路簡單，價格低廉。步進電機和普通電機的區(qū)別主要就在于它的脈沖控制，正是這個特點，步進電機可以和現代的數字控制技術相結合。不過步進電機在控制的精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的直流伺服電動機。在精度不是需要特別高的場合就可以使用步進電機，步進電機可以發(fā)揮其結構簡單、可靠性高和成本低的特點。
(二)半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)
采用直流伺服電機或交流伺服電機作為驅動部件，可以采用內裝于電機內的脈沖編碼器，無刷旋轉變壓器或測速發(fā)電機作為位置/速度檢測器件來構成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)，也可以采用直接安裝在工作臺的光柵或感應同步器作為位置檢測器件，來構成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。
70年代，美國GATTYS公司發(fā)明了機床用直流力矩伺服電機，從此各國數控機床開始大量采用直流伺服電機驅動。開環(huán)系統(tǒng)逐漸由閉環(huán)系統(tǒng)取代。以直流伺服電機作為驅動器件的直流伺服系統(tǒng)，控制電路比較簡單，價格較低。其主要缺點是直流伺服電機內部有機械換向裝置，碳刷易磨損，維修工作量大，運行時易起火花，給電機的轉速和功率的提高帶來較大的困難。交流異步電機雖然價格便宜、結構簡單，但早期由于控制性能差，所以很長時間沒有在數控系統(tǒng)上得到應用。隨著電力電子技術和現代電機控制理論的發(fā)展，1971年，德國西門子的Blaschke發(fā)明了交流異步機的矢量控制法;1980年，德國人Leonhard為首的研究小組在應用微處理器的矢量控制的研究中取得進展，使矢量控制實用化。從70年代末，數控機床逐漸采用異步電機為主軸驅動電機。
如果把直流電機結構進行“里翻外”的處理，即把電樞繞組裝在定子，轉子為永磁部分，并以轉子軸上的編碼器測出磁極位置控制電子開關進行電子換相，這就構成了永磁無刷直流電機。這種交流伺服電機具有良好的伺服性能。從80年代開始，逐漸應用在數控系統(tǒng)的進給驅動裝置上。交流伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機作為驅動器件，可以和直流伺服電機一樣構成高精度、高性能的半閉環(huán)或全閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于交流伺服電機內是無刷結構，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉速和功率的提高。目前交流伺服系統(tǒng)已在很大范圍內取代了直流伺服系統(tǒng)。在當代數控系統(tǒng)中，伺服技術取得的突破可以歸結為:交流伺服取代直流伺服、數字控制取代模擬控制、或者把它稱為軟件控制取代硬件控制。這兩種突破的結果產生了交流數字驅動系統(tǒng)，應用在數控機床的伺服進給和主軸裝置上。由于電力電子技術及控制理論、微處理器等微電子技術的快速發(fā)展，軟件運算及處理能力的提高，采用高速微處理器和專用數字信號處理器(DSP-DigitalSignalProcessor)的全數字化交流伺服系統(tǒng)出現后，使系統(tǒng)的計算速度大大提高，采樣時間大大減少。原來的硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂�，一些現代控制理論中的先進算法得到實現，進而大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能，例如OSP-U10/U100網絡式數控系統(tǒng)的伺服控制環(huán)就是一種高性能的伺服控制網，它對進行自律控制的各個伺服裝置和部件實現了分散配置，網絡連接，進一步發(fā)揮了它對機床的控制能力和通信速度。這些技術的突破，使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調試方便、柔性增強，大大推動了高精高速加工技術的發(fā)展。
采用狀態(tài)觀察器和卡爾曼濾波器可以進行電動機參數的在線辨識;采用滑模變結構控制可增強電動機控制系統(tǒng)的魯棒性。如能將各種智能控制理論有機地結合起來，必將開創(chuàng)交流伺服控制的新天地。如模糊控制和神經元網絡控制都不需要精確的對象模型和參數，使系統(tǒng)具有很強的魯棒性。
傳感器檢測技術的發(fā)展也極大地提高了交流電動機調速系統(tǒng)的動態(tài)響應性能和定位精度。普遍采用的霍爾傳感器具有小于1µs的響應時間。交流電動機調速系統(tǒng)一般選用無刷旋轉變壓器、混合型的光電編碼器和絕對值編碼器作為位置、速度傳感器。隨著它們的轉速、分辨率的不斷提高，系統(tǒng)的動態(tài)響應、調速范圍以及低速性能也相應提高。傳統(tǒng)的具有A、B(兩相信號的編碼器，由于它不能兼顧分辨率和高速度，且信號線太多，從而影響了高精度、高速度的伺服系統(tǒng)的實現。而新型的編碼器則克服了上述缺點，如日本FANUC公司生產的脈沖編碼器(絕對型)，由于它將來自正余弦信號的角度轉化成數字量，使它具有4000r/min的高速以及高達1000000p/r或65536p/r的分辨率。另外，伺服電動機本身也在向高速方向 |
