所謂的伺服系統(tǒng)就是用來(lái)精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。在很多情況下,伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng),其作用是使輸出的機(jī)械位移(或轉(zhuǎn)角)準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角)。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒(méi)有原則上的區(qū)別。
交流伺服系統(tǒng)包括基于異步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)和基于同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)。目前機(jī)床主要采用的是永磁同步交流伺服系統(tǒng)。在交流伺服研究領(lǐng)域,日本、美國(guó)和歐洲的研究一直走在世界前列。日本的安川公司在20世紀(jì)80年代中期研制成功世界上第一臺(tái)交流伺服驅(qū)動(dòng)器。隨后FANUC、三菱、松下等公司先后推出各自的交流伺服系統(tǒng),國(guó)外的這些產(chǎn)品大多是基于異步電動(dòng)機(jī)的。國(guó)內(nèi)在基于異步電機(jī)交流伺服系統(tǒng)的研究比較晚,到目前為止還沒(méi)有產(chǎn)品問(wèn)世。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者把研究的重點(diǎn)放在永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)上。我國(guó)的華中科技大學(xué)、北京機(jī)床研究所、西安微電動(dòng)機(jī)研究所、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、蘭州電動(dòng)機(jī)廠等單位開(kāi)始研究并推出交流伺服系統(tǒng)。其中,由廣州數(shù)控公司生產(chǎn)的DA98全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在我國(guó)的高精度數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)行業(yè)已經(jīng)打開(kāi)局面,打破了外國(guó)公司壟斷的格局,開(kāi)創(chuàng)了民族品牌新紀(jì)元。
交流伺服的信號(hào)和數(shù)控系統(tǒng)接口有三種模式,也是它經(jīng)歷的三個(gè)階段。以國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō),廣州數(shù)控的DA98屬于第一代也是劃時(shí)代的一種伺服驅(qū)動(dòng)器,它是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置,它接受方向命令脈沖。第二代是以埃斯頓為代表的EDB系列,它不僅能夠接受脈沖命令信號(hào),還能接受速度控制或是轉(zhuǎn)矩控制的模擬量的輸入。第三代是網(wǎng)絡(luò)化交流伺服系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化伺服系統(tǒng)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和全數(shù)字化交流伺服的有機(jī)結(jié)合,全數(shù)字化交流伺服技術(shù)可以使用戶根據(jù)負(fù)載狀況調(diào)整參數(shù),也省去了一些模擬回路所產(chǎn)生的漂移等不穩(wěn)定因素。采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù),將微處理器和現(xiàn)場(chǎng)總線接口置入全數(shù)字型交流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器,形成智能型獨(dú)立的全數(shù)字伺服控制單元,將其直接連接到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線上,就形成了新型的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。減少了硬件數(shù)量和連線,各智能單元結(jié)構(gòu)上獨(dú)立自主,可與外界以及相互間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,而且可以加掛其它現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備,易于擴(kuò)展。到目前為止網(wǎng)絡(luò)化交流伺服器在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟產(chǎn)品。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一種基于DSP+FPGA+ASIPM的網(wǎng)絡(luò)化交流伺服控制系統(tǒng),原理樣機(jī)已在三維雕刻機(jī)上得到了初步的驗(yàn)證。
目前的伺服器驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部大多采用高速DSP處理器,推進(jìn)了各種先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制算法在新型驅(qū)動(dòng)器上的使用。在硬件結(jié)構(gòu)上各大伺服系統(tǒng)供應(yīng)商大多采用DSP+CPLD(FPGA)結(jié)構(gòu),由于DSP和CPLD(FPGA)的可重復(fù)編程性,可以實(shí)現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)的模塊化可重構(gòu)。只要為系統(tǒng)配置相應(yīng)不同的軟件(包括控制算法)就可以控制和驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)、永磁同步伺服電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī),而通過(guò)對(duì)FPGA的重新配置還可以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和三相感應(yīng)式高壓步進(jìn)電機(jī)。這就為數(shù)控機(jī)床的升級(jí)以及革新留下了很多的空間。
數(shù)控切割機(jī)電機(jī)分為交流伺服和步進(jìn),目前國(guó)產(chǎn)運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)比較廣泛,而伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在大型數(shù)控切割機(jī)上的應(yīng)用成上升趨勢(shì),其驅(qū)動(dòng)特性,表明伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在切割機(jī)上的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛起來(lái)!
隨著交流伺服技術(shù)的發(fā)展,交流伺服系統(tǒng)將逐漸地全面取代直流伺服系統(tǒng)。作為數(shù)控機(jī)床主要組成部分的伺服系統(tǒng),越來(lái)越多的選擇停留在交流伺服上面,它具有其他幾種伺服系統(tǒng)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)