自動控制系統(tǒng)中將輸出量以一定準確度跟隨輸入量變化而變化的系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)，穩(wěn)定性好、精度高、響應快是對它的基本要求。具體到注塑機，電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)被控制油泵的輸出流量和壓力快速、準確地跟隨上位機給定信號的變化，適應注塑工藝對壓力、速度、時間的要求。

按所用的驅(qū)動電機來分，伺服系統(tǒng)可分為直流和交流伺服系統(tǒng)，後者又可分為感應電動機伺服系統(tǒng)和永磁同步電動機交流伺服系統(tǒng)。直流電機的勵磁回路和電樞回路相互獨立，獨立地調(diào)節(jié)兩個磁場中的一個來進行調(diào)速，控制性能優(yōu)異，但它采用機械換向裝置，碳刷易磨損，運行時易起火花。轉(zhuǎn)子采用永磁材料的同步伺服電機比非同步感應交流伺服電機應用更為廣泛，主要是因為永磁材料性能不斷提高，價格下降，相對於非同步電機而言，控制較簡單，易達到高性能控制要求，因此，近年來永磁伺服電機的交流伺服系統(tǒng)發(fā)展勢頭非常迅猛，注塑機電液伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展正是順應了這一時代潮流。

電液伺服系統(tǒng)的構成

下面以御能注塑機電液伺服系統(tǒng)為例，簡單介紹電液伺服系統(tǒng)的構成。如圖1所示，御能注塑機電液伺服系統(tǒng)主要由永磁同步伺服電機、電機轉(zhuǎn)子位置/速度傳感器、伺服驅(qū)動控制器、與伺服電機同軸連接的油泵，以及檢測系統(tǒng)油壓的壓力傳感器等關鍵部件組成。

圖1 御能注塑機電液伺服系統(tǒng)的基本結構。
交流永磁同步電機

永磁同步電動機特點是：結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高。和感應非同步電動機相比，它由於沒有轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子損耗很小；它不需要無功勵磁電流，功率因數(shù)高，定子電流和定子損耗減小，因此，永磁電機總體效率比感應電機高5%-10%。此外，永磁電機的最大輸出力矩與轉(zhuǎn)子慣量的比值可比感應電機大很多，因此永磁電機動態(tài)性能優(yōu)越，適於用作高精度、高動態(tài)性能的伺服控制電機。

功率調(diào)速范圍不夠?qū)捠怯来烹姍C的一個局限。御能公司借鑒在電動汽車電機系統(tǒng)方面的經(jīng)驗，采用永磁-磁阻同步電機的結構，有效地突破了這一局限，可完全滿足注塑機電液伺服應用的要求。

電機轉(zhuǎn)子位置/速度傳感器

為控制伺服電機的力矩和轉(zhuǎn)速，需檢測電機轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速。大部分伺服電機采用光電編碼器作為位置/速度傳感器。光電編碼盤的優(yōu)點是結構簡單，易獲得較高精度，但由於其處理電路須與電機集成在一起，在電機溫度高、震動大的環(huán)境下，再加上電磁乾擾，其電子電路往往不能正常工作，出現(xiàn)丟碼，導致電機控制紊亂甚至損壞電機。

御能伺服系統(tǒng)采用滿足電動汽車要求的高性能旋轉(zhuǎn)變壓器作為速度反饋部件，結構牢固，耐高溫、抗震動、抗乾擾能力強，確保系統(tǒng)在注塑機的“惡劣”環(huán)境下穩(wěn)定可靠的工作，且精度可達每轉(zhuǎn)4096個脈沖。

伺服驅(qū)動控制器

伺服驅(qū)動器根據(jù)注塑機控制器（上位電腦）的壓力和流量的指令，控制伺服電機的電流、力矩和轉(zhuǎn)速。御能伺服驅(qū)動器包含伺服控制、整流/逆變功率、通訊接口和反饋檢測等單元。整流/逆變功率單元采用先進的集成IGBT模組；伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等。采用高速數(shù)字信號處理器（DSP）作為驅(qū)動器的控制核心，實現(xiàn)各種復雜的控制算法，并輸出脈寬調(diào)制（PWM）信號至逆變功率驅(qū)動電路，來改變逆變器輸出功率，達到控制三相永磁同步交流伺服電機的目的。

油泵

作為注塑機主動力源，油泵與伺服系統(tǒng)的良好匹配對其整機性能及節(jié)能效果至關重要。目前適用於伺服系統(tǒng)的油泵有齒輪泵、柱塞泵和螺桿泵，特性各有不同，因此伺服系統(tǒng)要能適配各種油泵，并優(yōu)化參數(shù)設置。御能伺服系統(tǒng)具備先進的負載參數(shù)辨識功能，可靈活優(yōu)化適配各種油泵。

壓力反饋部件——壓力傳感器

御能伺服系統(tǒng)采用壓力閉環(huán)控制策略，即通過控制電機力矩與轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)注塑機油壓并使之跟隨壓力命令值。油壓信號通過壓力傳感器獲得，其精度將決定注塑機壓力的控制精度。御能可提供不同控制精度要求的壓力傳感器。

磁場定向控制技術

磁場定向控制（向量控制）基本原理是在三相永磁同步電機上模擬直流電動機轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律，在磁場定向座標上，將電流矢量分量分解成產(chǎn)生磁通的勵磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量，并使兩分量互相垂直，彼此獨立，然後分別進行調(diào)節(jié)。交流電機的矢量控制使轉(zhuǎn)矩和磁通的控制實現(xiàn)了解耦，控制轉(zhuǎn)矩時不影響磁通的大小，控制磁通時不影響轉(zhuǎn)矩，使交流電機控制與直流電機控制一樣方便，且可獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的動態(tài)特性。

為了使電機始終維持最大輸出轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)需要獲得電機轉(zhuǎn)子的瞬時位置和轉(zhuǎn)速，通過將可測量的定子變量經(jīng)過座標變換，變換到轉(zhuǎn)子坐標系中，從而形成電流閉環(huán)，動態(tài)地跟蹤電流的變化，再使用速度傳感器形成速度閉環(huán)，最終實現(xiàn)電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)，獲得優(yōu)異的系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速響應性及控制精度。這些復雜的運算需借助高速數(shù)字信號處理晶片DSP來實現(xiàn)。

磁場定向控制的另一個好處是，通過力矩電流分量和磁通電流分量的分別控制，最佳分配電機的銅損和鐵損，從而獲得最佳系統(tǒng)效率。

電液伺服系統(tǒng)控制原理與算法

結合圖2及系統(tǒng)結構，對系統(tǒng)控制原理簡單描述如下：即時接收來自注塑機電腦主控板的流量和壓力給定信號；即時檢測并反饋來自於油泵的壓力和來自於電機的轉(zhuǎn)速。


圖2 電液伺服控制系統(tǒng)方框圖
針對給定與反饋之間的誤差，伺服驅(qū)動器的高速DSP運用各種控制算法，生成對伺服電機的控制信號，通過IGBT模塊驅(qū)動伺服電機，實現(xiàn)對壓力和轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)控制。

針對注塑機的特定應用，御能公司開發(fā)出一系列專用控制算法：

A. 將現(xiàn)代非線性控制方法引入電機磁場定向控制算法，以消除磁阻電機參數(shù)的非線性影響，且對電機與控制器進行一體優(yōu)化設計，實現(xiàn)永磁-磁阻伺服電機輸出力矩的精確控制。

B. 針對齒輪泵和柱塞泵壓力波動的特性，采用噪聲消除（Noise Cancellation) 控制方法減小油泵輸出壓力的波動。

C. 由於系統(tǒng)在流量控制與壓力控制模態(tài)之間頻繁轉(zhuǎn)換，采用模糊控制原理以實現(xiàn)流量和壓力控制間的平滑轉(zhuǎn)換。

D. 采用帶壓力補償?shù)牧髁靠刂?，消除壓力對流量估算精度的影響?

E. 采用滑模變結構等非線性控制方法，使系統(tǒng)快速響應并且超調(diào)小。