随着自动化行业的不断发展，自动门系统发展迅速在电梯、数控机床等领域得到了广泛的应用。目前国内外各种门控系统都采用交流异步电机、减速机和变频器组成的自动门系统。交流异步电机配变频器解决方案有着成本低的优势，但也存在着能耗高、控制性能差、缺乏安全性的缺点，在关门过程中即使有人卡在门里面也无法自动停止，容易造成人员伤亡和电机烧毁事故，存在安全隐患。近几年交流伺服电机的大批量使用，使其成本不断降低，它在自动门系统的应用成为今后自动门发展的方向。由于伺服电机有着良好的控制性能，能够实现柔性无冲击开关门，在关门途中如果有人卡住了能够自动检测并停止关门，保证了人员的安全，对于提高自动门的安全性具有重要意义。
一、伺服控制系统结构
伺服控制系统主要包括主控电路，功率驱动电路按键显示电路和伺服电机。主控电路以CPU为核心，外围电路包括串行通信接口电路、电源转换电路，光电编码器速度位置检测电路。功率驱动电路包括逆变器主回路，IGBT驱动电路，电流电压检测电路，过流指示保护电路。伺服电机用来控制门的开关。
二、伺服控制的现状
(1)电机的发展
从上个世纪六十年代起，电伺服系统开始逐渐取代液压伺服系统。但是七十年代以前的伺服系统大多采用步进电机，虽然控制方式简单，但是控制精度较差。而八十年代之后的伺服系统则大量开始采用直流电机，由于直流伺服系统控制方式简单，响应速度快，定位精度和跟随精度较高，速度稳定性高，并具有良好的输出特性，因而直流伺服系统一度处于主导地位。但是，由于直流电机结构复杂、成本高、故障多、维护困难而影响生产；机械换向器的换向能力限制了电机的容最、电压和转速，接触式的电流传输方式和电刷产生的火花又限制了直流电机的使用场合；电枢在转子上造成电机效率低下，转子散热条件差。这些直流电机固有的缺点限制了直流伺服系统的进一步发展。
从80年代开始，交流伺服技术的进步使交流伺服系统开始逐渐取代直流伺服系统。在电机本体方面，交流电机的转子转动惯量较直流电机小；其容量与体积之比较直流电机大。但是在控制策略上，采用交流电机的交流伺服系统更复杂，其伺服控制效果的好坏与采用的控制策略的优劣有较大的关系。对于不同种类的交流电机须采用不同的控制策略。按电机的类型分类，目前的交流伺服系统主要包括感应电机交流伺服系统、同步电机交流伺服系统和永磁电机交流伺服系统三大类。
感应电机成本低、工艺简单、维护方便，其控制方式常采用矢量控制和直接转矩控制等控制策略，易实现高速运行下的弱磁控制。但是由于转子磁场的位置常常靠数学模型进行计算得到，误差较大，造成侗服控制的精度不高。使得感应电机伺服控制系统常常运用于对控制精度要求不高的领域，如皮带传送机构，排风系统等。
相对于感应电机，同步电机具有功率因数高、转子参数和转子磁场可测、运行效率高等优点，因而同步电机伺服控制系统的使用也越来越广泛。由于同步电机的转速是由电枢电流频率和电机极对数共同决定的，改变电机的电枢电流频率就可以直接改变电机转速。但是同步电机的转子采用直流励磁，故仍然配备滑环和炭刷装置，加上需要配备直流励磁电源，加大了运行成本和维护负担。
永磁电机是近几年来发展比较快的一类新型电机，永磁同步电机具有其它类型电机无法比拟的优势：
与直流电机相比，永磁同步电机去掉了机械换向器和电刷，具有结构简单、体积小、运行可靠、环境适应能力强、转子发热小、易实现大容量化等优点。
与同步电机相比，永磁同步电机以转子永磁磁钢替代直流励磁绕组并省去滑环和炭刷，减小了转子损耗和发热，提高了运行可靠性和电机运行效率。
与感应电机相比，永磁同步电机具有转子无损耗、效率高、体积小、转动惯量小、快速响应性好等优点。此外，如果采用矢量控制方式，永磁同步电机的控制算法较感应电机更简单，更容易实现高精度控制。
与无刷直流电机相比，永磁同步电机的转矩无脉动，转矩控制特性更好，在低速工况下运行更稳定，速度和位置控制精度都更高，能更好地实现大范围调速。
这样，在伺服控制领域中，永磁同步电机在运行特性和控制方式上要大大地优于传统的直流电机、同步电机、感应电机和无刷直流电机；同时由于近几年来稀土永磁材料和相应控制技术的发展，永磁同步电机以其高转矩／惯性比、高功率密度、高效率等优势在许多高性能高精度的伺服控制系统得到了广泛地应用。
(2)功率器件的发展
由五十年代出现的晶闸管(SCR)构成的静止变频电源取代了旋转变频机组，实现了变频调速。然而，由于晶闸管属于半控型器件，当由其构成的逆变器用于交流调试系统时必须附加强制换向电路。
从八十年代开始，以全控化、集成化、高频化为特点的现代电力电子技术得到迅速发展，各种高频、大电流、高可靠性的全控型功率器件，如功率金属氧化物半导体场效益晶体管(POWERMOSFET),门极绝缘双极性晶体管(IGBT),静电感应晶体管(SIT)等先后间世。其中的MOSFET是单极性的电压控制器件，不但具有场控自关断能力，而且具有输入阻抗大、管压降小、工作频率高、无二次击穿现象、安全工作区域宽、热稳定性好及驱动电路简单等优点。但是由于MOSFET的耐压一般不高，在一些高电压大功率场合中使用较少。
八十年代后期开始，高频高压高电流的新型复合器件的发展成为电力半导体器件发展的重要方向，其中尤以门极绝缘双极性晶体管(IGBT)最为突出，在各个领域中有取代其它全控器件的趋势。IGBT驱动简单，保护容易，开关频率高，耐压高。这些都使IGBT在实际运用中具有了更大的吸引力。
九十年代中期出现的智能功率模块(IPM)是将IGBT与其驱动电路、控制电路和保护电路集成在一个模块内。这是向功率集成电路(PIC)的过渡产品。IPM不但能提供一定的功率输出能力，而且具有逻辑、控制、传感、检测、保护和自诊断等功能，现今已成为功率器件发展中的一个重要分支。
(3)CPU的发展
在以前对电机的控制策略还不丰富，控制算法还不复杂的时候人们普遍使用一些8位或16位的微控制器来充当系统的主控器。随着控制策略和算法的发展，特别是矩阵运算和矢量控制技术的提出，传统的微控制器已经越来越无法胜任这样繁重的工作了。随着半导体技术的长足发展，数字信号处理器(DSP)的出现为人们提供了一个新的硬件平台解决方案。
在电机控制领域，DSP体现出越来越突出的优势。相对于传统的处理器而言，一个装有DSP芯片的嵌入式系统，在执行一些复杂软件和高级算法方面，有着更高的效率。在电机的数字控制系统中，早期的DSP主要用于控制算法的运算，现在，DSP可以处理几乎所有的工作。许多控制算法，包括自适应、多变量寻优、学习、自校正、神经网络、遗传算法和模糊逻辑，都可以用DSP实现。对于许多系统，必须估计系统参数，DSP有足够的能力在处理其它任务的同时进行系统辨识和参数估算。在系统运行过程中，故障的诊断和保护功能是必不可少的，有DSP作控制器的系统能够轻松地实现这些功能。另外，在许多控制系统中DSP还可以实现非控制功能，包括与上位机的通信、界面任务和总线操作协议等。
三、伺服电机驱动控制方法
以永磁同步电动机为代表的交流伺服电动机模型是强耦合、时变的非线性系统，其控制策略比较复杂，所以交流伺服系统的性能与它所采用的控制策略有着直接的关系。优良的控制策略不但可以弥补硬件设计方面的不足，而且能进一步的提高系统的性能，控制策略在交流伺服中发挥着至关重要的作用。高性能交流伺服系统对控制策略的要求可概括为：不但要使系统具有快的动态响应和高的动、静态精度，而且系统要对参数的变化和扰动具有不敏感性。
(1)恒压频比控制
带定子压降补偿的恒压频比控制保证了同步电动机气隙磁通恒定，调节频率给定实现同步改变电机的转速。此种控制策略为开环控制，只控制了电机的气隙磁通，不能调节转矩，容易产生转子振荡和失步等问题。同时由于恒压频比控制依据的是电机的稳态模型，其动态控制性能不高，不适合具有高性能要求的伺服驱动控制场合。
(2)经典PID控制
PID控制器就是利用比例、积分、微分对系统的误差进行计算得出控制量从而对被控对象进行控制。PID控制器是目前应用最为广泛的调节器，具有结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点，一直以来是工业控制的主要技术之一，能够满足多数伺服控制应用领域。但在一些高程度应用场合，很难满足系统要求。
(3)直接转矩控制
直接转矩控制理论是在20世纪80年代由德国鲁尔大学M.DePenbrock教授和日本学者I.Takahash分别提出的一种高性能的交流电机控制策略，其控制策略也是基于被控对象精确的数学模型，但是与矢显控制不同，它直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，无需复杂的坐标变换。采用定子磁场定向，无需解耦电流转矩和磁链都采用直接反馈的双位式砰砰控制，避免了将定子电流分解成转矩和励磁分量，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，着眼于转矩的快速响应，以获得转矩的高动态性能。直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链，不受转子参数的影响，只要知道定子电阻就可以把它观测出来，对电机参数不敏感。
(4)滑模变结构控制
变结构控制属于非线性控制范畴，其非线性表现为控制的不连续性，即一种使系统的“结构"变化的开关特性。滑模变结构控制不需要知道系统的数学模型，只需要了解系统参数及其变化的大致范围，使得变结构控制具有快速响应、对参数及扰动变化不敏感、无需在线辩识与设计等优点具有降阶、解祸的功能，当系统进入滑模状态时，系统状态的转移就不再受系统原有的参数变化和外部扰动的影响，而是强制在开关平面附近滑动，具有完全的自适应性和鲁棒饼因而滑模变控制在永磁同步电机伺服系统中得到了成功的应用。
(5)智能控制策略
经典的或现代的控制策略都依赖于电机的数学模型，不能从根本上解决复杂和不确定系统的控制问题。智能控制策略具有非线性的特性，能够解决控制对象、环境和任务更为复杂的系统。智能控制摆脱了对被控对象模型的依赖，只按实际效果进行控制，在控制中可以解决系统的不确定性和不精确性问题。智能控制策略包括模糊控制、神经网络控制、专家系统控制、以及鲁棒控制和遗传算法控制等，其中模糊控制和神经网络控制策略在永磁同步电机伺服系统应用中较为成熟。
四、结语
综上所述，随着电子技术、电机技术以及控制技术的发展，交流伺服系统的各项指标将待续得到提高，其应用领域将扩展到前所未有的空间。交流伺服系统将继续作为工业自动化行业发展最快的分支，在门业控制系统中扮演极为重要的角色。
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