【正文】 到交流的發(fā)展歷 程。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。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所開發(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。網(wǎng)絡(luò)化伺服系統(tǒng)是工業(yè)現(xiàn)場總線技術(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。 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。國內(nèi)在基于異步電機(jī)交流伺服系統(tǒng)的研究比較晚，到目前為止還沒有產(chǎn)品問世。目前機(jī)床主要采用的是永磁同步交流伺服系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋檢測元件和比較控制環(huán)節(jié)， 這些是閉環(huán)控制系統(tǒng)必須的部分。 d 系統(tǒng)可靠性要好 數(shù)控機(jī)床的使用率要求很高，常常是 24 小時(shí)連續(xù)工作不能停機(jī)，因而要求工作可靠。在系統(tǒng)給定輸入后，能在短暫的調(diào)節(jié)之后達(dá)到新的平衡或是受到外界干擾作用下能迅速恢復(fù)原來的平衡狀態(tài)。數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)往往主要取決于伺服系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 CNC（ Computer Numerical Control）系統(tǒng)是以微處理器技術(shù)為特征 ,并隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、通訊技術(shù)以及精密測量技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展完善的一種先進(jìn)加工制造系統(tǒng)。 數(shù)控（ Numerical Control）是數(shù)控技術(shù)的簡稱。并且具有轉(zhuǎn)矩過載能力，可克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。 交流伺服系統(tǒng)的特點(diǎn) 交流伺服系統(tǒng)除了具有穩(wěn)定性好、快速性好、精度高的特點(diǎn)外，與直流伺服電機(jī)系統(tǒng)相比有一系列優(yōu)點(diǎn) : a 交流電機(jī)不存在換向器圓周調(diào)速限制，也不存在電樞元件中電抗電勢數(shù)值限制，其轉(zhuǎn)速限制可以設(shè)計(jì)得比相同功率的直流電機(jī)高。 這些問題的存在，限制了直流伺服系統(tǒng)在高精度、高性能要求伺服驅(qū)動(dòng)場合的應(yīng)用。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，其相應(yīng)設(shè)備如精密數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等對(duì)電伺服系統(tǒng)提出越來越高的要求，尤其是精度、可靠性等性能。 特別在伺服定位領(lǐng)域里，目前交流伺服產(chǎn)品已經(jīng)是主流產(chǎn)品 。 速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán) PID 控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。如果控制器運(yùn)算速度比較快，可以用速度方式，把位置環(huán)從驅(qū)動(dòng)器移到控制器上，減少驅(qū)動(dòng)器的工 作量，提高效率 (比如大部分中高端運(yùn)動(dòng)控制器 )。 就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來看，轉(zhuǎn)矩模式運(yùn)算量最小，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最快 。由于轉(zhuǎn)子的慣性，運(yùn)行點(diǎn)由 A 點(diǎn)移到 B 點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了一個(gè)與轉(zhuǎn)子原來轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)力矩。若控制信號(hào)消失，只有勵(lì)磁繞組通入電流，伺服電機(jī)產(chǎn)生的磁場將是脈動(dòng)磁場，轉(zhuǎn)子很快地停下來。一個(gè)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以看成是由兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場合成起來的?？梢园衙}動(dòng)磁場看成兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場。 交流伺服電機(jī)的工作原理和單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)無本質(zhì)上的差異。定子上有兩個(gè)繞組，即勵(lì)磁繞組和控制繞組，兩個(gè)繞組在空間相差 90176。電角度。 但是，交流伺服電機(jī)必須具備一個(gè)性能，就是能克服交流伺服電機(jī)的所謂 “自轉(zhuǎn) ”現(xiàn)象，即無控制信號(hào)時(shí)，它不應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果控制信號(hào)消失，它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場以同樣的大小和轉(zhuǎn)速，向相反方向旋轉(zhuǎn)，所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應(yīng)出大小相同，相位相反的電動(dòng)勢和 電流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩為零，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來。這兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場幅值不等（與原橢圓旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相同的正轉(zhuǎn)磁場大，與原轉(zhuǎn)向相反的反轉(zhuǎn)磁場?。韵嗤乃俣?，向相反的方向旋轉(zhuǎn)。 為使交流伺服電機(jī)具有控制信號(hào)消失， 立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，把它的轉(zhuǎn)子電阻做得特別大，使它的臨界轉(zhuǎn)差率 Sk 大于 1。在負(fù)載力矩和制動(dòng)力矩的作用下使轉(zhuǎn)子迅速停止 必須指出，普通的兩相和三相異步電動(dòng)機(jī)正常情況下都是在對(duì)稱狀 態(tài)下工作，不對(duì)稱運(yùn)行屬于故障狀態(tài)。位置模式運(yùn)算量最大，驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最慢。如果有更好的上位控制器，還可以用轉(zhuǎn)矩方式控制，把速度環(huán)也從驅(qū)動(dòng)器上移開，這一般只是高端專用控制器才能這么干，而且，這時(shí)完全不需要使用伺服電機(jī)。 位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。 (交流伺服系統(tǒng)的控制框圖 ) 交流伺服系統(tǒng)的特點(diǎn) 60～ 70 年代后，數(shù)控系統(tǒng)大多采用直流伺服系統(tǒng)。而傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)采用的是機(jī)械式換向器，在應(yīng)用過程中面臨很多問題，如電刷和換向器易磨損，維護(hù)工作量大，成本高 。 針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，人們一直在努力尋求 以交流伺服電動(dòng)機(jī)取代具有機(jī)械換向器和電刷的直流伺服電動(dòng)機(jī)的方法，以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是高精度、高性能伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的需要。 b 調(diào)速范圍寬，目前大多數(shù)的交流伺服電機(jī)的變速比可以達(dá)到 1:5000，高性能的伺服電機(jī)的變速比已達(dá) 1:10000 以上。滿足機(jī)床伺服系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩大、動(dòng)態(tài)相應(yīng)好、定位 精度高的要求。它是利用數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。 CNC 系統(tǒng)框圖見圖所示，它由數(shù)控程序、輸入輸出設(shè)備、操作面板、 CNC 裝備、可編程控制器（ PLC）、主軸伺服系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、檢測裝備和一些電氣輔助裝置等組成。 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求 : a 精度高 數(shù)控機(jī)床不可能像傳統(tǒng)機(jī)床那樣用手動(dòng)操作來調(diào)整和補(bǔ)償各種誤差，因此它要求很高的定位精度和重 復(fù)定位精度。 c 調(diào)速范圍大 由于工件材料、刀具以及加工要求不同，要保證數(shù)控機(jī)床在任何情況下都能得到最佳的切削條件，伺服系統(tǒng)就必須有足夠的調(diào)速范圍，既能滿足高速加工要求，又能滿足低速進(jìn)給要求。 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的基本組成如圖 2 所示。 伺服系統(tǒng)按用途和功能分為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在交流伺服研究領(lǐng)域，日本、美國和歐洲的研究一直走在世界前列。國內(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。以國內(nèi)來說，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。采用基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，將微處理器和現(xiàn)場總線接口置入全數(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)場總線上，就形成了新型的基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。 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。 數(shù)控機(jī)床中伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 概 述 伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備 ——— 電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電 子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自 動(dòng)控制系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床中的伺服系統(tǒng)種類繁多，本文通過分析其 結(jié)構(gòu)及簡單歸分，對(duì)其技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作簡要探討。如根據(jù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型，可將其分為直流伺服和交流伺服；根據(jù)控制器實(shí)現(xiàn) 方法的不同，可將其分為模擬伺服和數(shù)字伺服；根據(jù)控 制器中閉環(huán)的多少，可將其分為開環(huán)控制系統(tǒng)、單環(huán)控制系統(tǒng)、雙環(huán)控制系統(tǒng)和多環(huán)控制系統(tǒng)。同時(shí)可實(shí)現(xiàn) 弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能 伺服驅(qū)動(dòng)的要求?？山邮漳M指令和脈沖指令，各 種參數(shù)均以數(shù)字方式設(shè)定，穩(wěn)定性好。使用時(shí)可由用戶設(shè)定代碼與相關(guān)的數(shù)據(jù)即自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)。 交流異步伺服電機(jī)在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用趨勢 隨著中國數(shù)控機(jī)床的快速發(fā)展，國產(chǎn)交流異步伺服電機(jī)在數(shù)控機(jī)床的使用已經(jīng)越來越廣泛了，它不僅大大提升了中國數(shù) 控機(jī)床的性能和檔次，同時(shí)使得原來以進(jìn)口為主的交流異步伺服單元價(jià)格大幅度降低。進(jìn)給伺服但主要是以交流永磁同步伺服電機(jī)為主，由于其驅(qū)動(dòng)控制器的復(fù)雜性，所以國產(chǎn)進(jìn)給伺服主要是以 以下的小功率為主， 以上的仍是進(jìn)口產(chǎn)品居多。這些數(shù)控車床除了必要的 NC、進(jìn)給伺服、滾珠絲杠外，主軸箱傳動(dòng)部分基本上以傳統(tǒng)的齒輪箱結(jié)構(gòu)為主，主軸電機(jī)仍以普通的交流異步電機(jī)或者雙速電機(jī)為主。而實(shí)現(xiàn)這些功能只有配置交流伺服主軸電機(jī)。作為數(shù)控機(jī)床主要組成部分的伺服系統(tǒng)，越來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)無可比擬的優(yōu)勢。可以預(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造 等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系 統(tǒng)、直線電動(dòng)機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)的 關(guān)注的熱點(diǎn) ，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。 UE9aQGn8xp$Ramp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3tnGK8! z89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% Mz849Gx^G89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。MuW FA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz 849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj 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