現(xiàn)代電機控制理論發(fā)展使機床數(shù)控伺服系統(tǒng)實現(xiàn)交流化、數(shù)字化、智能化機床數(shù)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(qū)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(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)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(jié)構(gòu)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(qū)動部件，可以采用內(nèi)裝于電機內(nèi)的脈沖編碼器，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機作為位置/速度檢測器件來構(gòu)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(gòu)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(shù)控機床開始大量采用直流伺服電機驅(qū)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(qū)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(nèi)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單，但早期由于控制性能差，所以很長時間沒有在數(shù)控系統(tǒng)上得到應用。隨著電力電子技術(shù)和現(xiàn)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(shù)控機床逐漸采用異步電機為主軸驅(qū)動電機。
如果把直流電機結(jié)構(gòu)進行“里翻外”的處理，即把電樞繞組裝在定子，轉(zhuǎn)子為永磁部分，并以轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置控制電子開關(guān)進行電子換相，這就構(gòu)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(shù)控系統(tǒng)的進給驅(qū)動裝置上。交流伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機作為驅(qū)動器件，可以和直流伺服電機一樣構(gòu)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(nèi)是無刷結(jié)構(gòu)，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前交流伺服系統(tǒng)已在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服系統(tǒng)。在當代數(shù)控系統(tǒng)中，伺服技術(shù)取得的突破可以歸結(jié)為:交流伺服取代直流伺服、數(shù)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(jié)果產(chǎn)生了交流數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)，應用在數(shù)控機床的伺服進給和主軸裝置上。由于電力電子技術(shù)及控制理論、微處理器等微電子技術(shù)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(shù)字信號處理器(DSP-DigitalSignalProcessor)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)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)檐浖欧刂疲恍┈F(xiàn)代控制理論中的先進算法得到實現(xiàn)，進而大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能，例如OSP-U10/U100網(wǎng)絡(luò)式數(shù)控系統(tǒng)的伺服控制環(huán)就是一種高性能的伺服控制網(wǎng)，它對進行自律控制的各個伺服裝置和部件實現(xiàn)了分散配置，網(wǎng)絡(luò)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(shù)的突破，使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調(diào)試方便、柔性增強，大大推動了高精高速加工技術(shù)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(shù)的在線辨識;采用滑模變結(jié)構(gòu)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(jié)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(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制都不需要精確的對象模型和參數(shù)，使系統(tǒng)具有很強的魯棒性。
傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展也極大地提高了交流電動機調(diào)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(diào)速系統(tǒng)一般選用無刷旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、分辨率的不斷提高，系統(tǒng)的動態(tài)響應、調(diào)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(xiàn)。而新型的編碼器則克服了上述缺點，如日本FANUC公司生產(chǎn)的脈沖編碼器(絕對型)，由于它將來自正余弦信號的角度轉(zhuǎn)化成數(shù)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發(fā)展，與上述高速編碼器配合實現(xiàn)了60m/min甚至100m/min的快速進給和1g的加速度。而在電動機磁路設(shè)計上也作了改進，使電動機旋轉(zhuǎn)更加平滑，再配合高速數(shù)字伺服軟件，可使電動機即使在小于1μm轉(zhuǎn)動時也顯得平滑而無爬行。以IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)和IPM(智能功率模塊)等新型電力電子器件為基礎(chǔ)的新一代高載波、低噪聲變頻器的開發(fā)，以及新的控制軟件的引入，把變頻調(diào)速引入了一個全新的領(lǐng)域，使原來僅用于開環(huán)控制的變頻器演變成了既能用于開環(huán)控制,也能用于閉環(huán)控制的稱之為“通用型驅(qū)動器”。以英國的CT公司的Unidrive產(chǎn)品和德國AMK公司的AMKASYN產(chǎn)品為代表，使變頻器登上了新的舞臺。
