數(shù)控系統(tǒng)中伺服技術(shù)的應(yīng)用分析及發(fā)展趨勢(shì)

時(shí)間:2009-10-23

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導(dǎo)語(yǔ):常用的伺服電機(jī)和控制系統(tǒng)有: 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng);半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。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(chēng)為軟件控制取代硬件控制。

常用的伺服電機(jī)和控制系統(tǒng)有: 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng);半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件,無(wú)須位置和速度檢測(cè)器件,也沒(méi)有反饋電路,控制電路簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉。步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于它的脈沖控制,正是這個(gè)特點(diǎn),步進(jìn)電機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。不過(guò)步進(jìn)電機(jī)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(dòng)機(jī)。在精度不是需要特別高的場(chǎng)合就可以使用步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和成本低的特點(diǎn)。 半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。采用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件,可以采用內(nèi)裝于電機(jī)內(nèi)的脈沖編碼器,無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測(cè)速發(fā)電機(jī)作為位置/速度檢測(cè)器件來(lái)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(tái)的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測(cè)器件,來(lái)構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。 以直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件的直流伺服系統(tǒng),控制電路比較簡(jiǎn)單,價(jià)格較低。其主要缺點(diǎn)是直流伺服電機(jī)內(nèi)部有機(jī)械換向裝置,碳刷易磨損,維修工作量大,運(yùn)行時(shí)易起火花,給電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率的提高帶來(lái)較大的困難。交流異步電機(jī)雖然價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但早期由于控制性能差,所以很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有在數(shù)控系統(tǒng)上得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)和現(xiàn)代電機(jī)控制理論的發(fā)展,德國(guó)西門(mén)子的blaschke發(fā)明了交流異步機(jī)的矢量控制法;1980年,德國(guó)人leonhard為首的研究小組在應(yīng)用微處理器的矢量控制的研究中取得進(jìn)展,使矢量控制實(shí)用化。從70年代末,數(shù)控機(jī)床逐漸采用異步電機(jī)為主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 從80年代開(kāi)始,逐漸應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置上。交流伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器件,可以和直流伺服電機(jī)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(jī)內(nèi)是無(wú)刷結(jié)構(gòu),幾乎不需維修,體積相對(duì)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(dāng)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(chēng)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(dòng)系統(tǒng),應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)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(yùn)算及處理能力的提高,采用高速微處理器和專(zhuān)用數(shù)字信號(hào)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(jì)算速度大大提高,采樣時(shí)間大大減少。原來(lái)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(jìn)算法得到實(shí)現(xiàn),進(jìn)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(duì)進(jìn)行自律控制的各個(gè)伺服裝置和部件實(shí)現(xiàn)了分散配置,網(wǎng)絡(luò)連接,進(jìn)一步發(fā)揮了它對(duì)機(jī)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(qiáng),大大推動(dòng)了高精高速加工技術(shù)的發(fā)展。
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