主轴伺服系统发展趋势

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1、1.微电子技术发展促进了控制如能化随着微电子技术、人规模集成电路制造工艺和计算机技术的发展，高性能的微处理器（MPU）、大规模集成电路（LSIC）芯片、表血安装器件（SMD）等为实现数字化控制提供了破件基础，不仅使控制电路体积大大缩小，而且通过控制软件可以实现更加灵活、复杂的控制方法，在不增加或很少增加便件设备的前提下，可满足不同场合的需要，充分体现数字控制高度智能化和柔性的优点。2.电力电子技术开创了机床驱动新局面电力电子技术的口新月异的发展，也为交流电动机调速性能的不断提高奠能了基础。电力电子技术是以电力为对象的电子技术，它的主要任务是对电能进行控制和变换。

2、它是用半导体电力电子器件进行功率变换、控制及开关电路的应用技术。现代电力电子技术有如下特点：①人容量化（即高电压、大电流）；②高频化（即开关速度高）；③易驱动（电压驱动）；④低压降（即损耗低）；⑤模块化；⑥功率集成化（即将驱动、保护、检测甚至控制等功能集成于一体）；⑦全控化（即器件的自关断性）；⑧控制技术数字化，从而使以PWM控制为代表的采用数字控制的电力电子装逬性能日趋完善。各种PWM技术的应用，以及谐振软开关技术的深入研究，使逆变器的性能从单目标优化逐步向系统整体性能优化方向发展。第三代智能功率模块（IPM）的出现，大幅度改善了逆变器的性能，人大缩小了体积。

3、下一代的功率模块将具备直接与控制信号接口的能力，内部集成了多个高速光耦、多路驱动电源、电压、电流的检测和保护等功能，被称Z为“Systenvlnmodule”，从而使逆变器构成将更简单、更可靠，体积也将更小。3.现代控制理论使交流调速成为现实由于交流电动机的数学模型较立流电动机复杂得多，具有非线性、强耦合、多变量的特点，应用经典控制理论很难控制交流电动机，而现代控制理论的发展对交流电动机控制技术的发展起到了极大的推动作用。采用状态观察器和卡尔曼滤波器可以进行电动机参数的在线辨识；采用滑模变结构控制可增强电动机控制系统的鲁棒性。如能将各种智能控制理论有机地结合起來

4、，必将开创交流调速的新天地。如模糊控制和神经元网络控制都不需要精确的对象模型和参数，使系统具有很强的鲁棒性。其中，模糊控制能强迫电流以类似于BANG-BANG响应方式趋于期望点，做到快速响应，但当谋差较小时，难以控制精确定位，口易振荡；而神经元网络控制却具冇能精确地实现伺服信号跟踪且无超调，但由于神经网络具有I古I有的梯度计算，使响应时间变长，电流响应较早退出饱和。因此，如能将上述两者有机地结合起來，使其在不同的误羌域内发挥各自优点，取长补短,则可望实现期望控制。4.利用串行伺服总线的数字化通倍使机床驱动系统更上一层楼CNC与数字伺服Z间串行通信使两者之间实现了

5、高速传输串行数据。其至用一根光缆（它具有玄径小、重量轻、抗干扰能力强的特点）可H接连接多台伺服驱动器。如果建立一个国际上公认的CNC与数字伺服驱动器Z间统一数据交换接口（类似于德国的SERCOS接口协议），则有提供产品互换的可能性。5.多种控制方法应用于一体在许多国外厂商生产的伺服系统中，将串行通信以及多种控制方法集小应用在一个产品中。如口本FANUC公司在伺服控制中采用高速DSP（DigitalSignalProcessor）进行数值计算来实现“直线性”、“稳定性”和“重复性”。利用前馈控制（FeedForward）（框图见图19-18）、插补前钟形加/减速以

6、及自动拐角减速方案Z后，克服了模拟伺服和一般数字伺服的响应滞后现彖，响应和精度都得到明显的改善，轮廓误差减到1/100,而且定位时间也人为缩短，在典型钻削循环中循环时间可减少30%。因机床工作台具有摩擦、电动机旋转反向造成响应延迟以及圆弧切削在过彖限时的凸起，都造成加工误并,使精度变坏。而在最新的数字伺服软件中，考虑到这些因素，利用预补偿來减少这个圆度误差，并实现了高速度环增益而无振动。1.传感器检测技术的发展大幅度地提高了伺服系统的性能传感器检测技术的发展也极大地提高了交流电动机调速系统的动态响应性能和定位精度。普遍采用的电压型和电流型霍尔传感器具有小于1ps

7、的响应时间。交流电动机调速系统一般选用无刷旋转变压器、混合型的光电编码器和绝对值编码器作为位置、速度传感器。随着它们的转速、分辨率的不断提高，系统的动态响应、调速范围以及低速性能也相应提高。传统的具有A、B相信号的编码器，由于它不能兼顾分辨率和高速度，且信号线太多，从而影响了高精度、高速度的伺服系统的实现。而新型的编码器则克服了上述缺点，如n*FANUC公司生产的脉冲编码器（绝对型）,山于它将来ElSIN和COS信号的角度转化成数字量，使它具冇4000r/min的高速以及窩达1000000脉冲/r或65536脉冲/r的分辨率。另外，伺服电动机本身也在向高速方向发

8、展，与上述高速编码器配合