【正文】 ! z89Am YWpazadNuGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$U*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$U*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz84! z89Am v^$UE9wEwZQcUE%amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3tnGK8! z89Am 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amp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 4 結(jié)論 作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一 直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。 目前在機(jī)械裝備中，交流異步伺服應(yīng)用的并不普遍。 主軸是數(shù)控機(jī)床的重要功能部件。 中國數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量近幾年快速增長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì) 2021 年全國生產(chǎn)了 85756 臺(tái)數(shù)控機(jī)床，同比增長(zhǎng)了 。中國數(shù)控機(jī)床依附于進(jìn)口數(shù)控機(jī)床功能部件的局面得到了很大的改善 。交流伺服已占據(jù)了機(jī)床進(jìn)給伺服的主導(dǎo)地位，并隨著新技術(shù)的發(fā)展而不斷完善，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面。軟件伺服是基于微處理器的全數(shù)字伺 服系統(tǒng)。模擬伺服用途單一，只接收模擬信號(hào)，位置控制通 常由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。 伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 交流伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀和展望 針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的缺陷，如果將其做“里翻外”的 處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子、轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn) 子軸上的編碼器測(cè)出磁極位置，就構(gòu)成了永磁無刷電動(dòng) 機(jī)，同時(shí)隨著矢量控制方法的實(shí)用化，使交流伺服系統(tǒng) 具有良好的伺服特性。控 制器按照數(shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測(cè)的實(shí)際 運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量；功率驅(qū)動(dòng)裝置作為系統(tǒng)的主 回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電 動(dòng)機(jī)之上，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，另一方面按電動(dòng) 機(jī) 的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)所需的交流 電或直流電；電動(dòng)機(jī)則按供電大小拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位 移、速度指令，經(jīng)變換、放調(diào)與整大后，由電動(dòng)機(jī)和機(jī) 械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動(dòng)工作臺(tái)及刀 架，通過軸的聯(lián)動(dòng)使刀具相對(duì)工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械 運(yùn)動(dòng)，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。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)、無刷直流電機(jī)，而通過對(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)。到目前為止網(wǎng)絡(luò)化交流伺服器在國內(nèi)還沒有成熟產(chǎn)品。第三代是網(wǎng)絡(luò)化交流伺服系統(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)裝置在我國的高精度數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)行業(yè)已經(jīng)打開局面，打破了外國公司壟斷的格局，開創(chuàng)了民族品牌新紀(jì)元。隨后 FANUC、三菱、松下等公司先后推出各自的交流伺服系統(tǒng)，國外的這些產(chǎn)品大多是基于異 步電動(dòng)機(jī)的。按執(zhí)行元件的不同，分為步進(jìn)伺服 系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng) 圖 2 伺服系統(tǒng)的基本組成 3 交流伺服系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用趨勢(shì) 國內(nèi)交流伺服的研究現(xiàn)狀 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)。驅(qū)動(dòng)控制單元是將進(jìn)給指令轉(zhuǎn)化為執(zhí)行元件所需要的信號(hào)，執(zhí)行元件將該信號(hào)轉(zhuǎn)為機(jī)械位移。而且在低速切削時(shí)，還要求有較大穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩輸出。它要求伺服系統(tǒng)跟隨指令信號(hào)不僅跟隨誤差小，而且響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的作用在于接受來自數(shù)控裝置的指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件跟隨指令脈沖運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確，這就要求高質(zhì)量的速度和位置伺服?，F(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)都是由計(jì)算機(jī)完成以前硬件 數(shù)控所做的工作，為特別強(qiáng)調(diào)，有時(shí)也稱為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)。交流伺服技術(shù)的日益發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)將逐步全面取代直流伺服系統(tǒng)。 c 矩頻特性好，交流電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。自 80 年代以來，隨著電子電力等各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，在矢量控制算法方面的突破，原來一直困擾著交流電動(dòng)機(jī)的問題得以解決，交流伺服發(fā)展地越來越快。直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、對(duì)其他設(shè)備易產(chǎn)生干擾。輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，伺服系統(tǒng)也由開環(huán)控制發(fā)展為閉環(huán)控制，因而 在工業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域獲得了更加廣泛的運(yùn)用。交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等?？梢酝ㄟ^即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。那么如果控制器本身的運(yùn)算速度很慢 (比如 PLC，或低端運(yùn)動(dòng)控制器 )，就用位置方式控制。這是交流伺服電機(jī)在運(yùn)行上與普通異步電動(dòng)機(jī)的根本區(qū)別。一旦控制信號(hào)消失，氣隙磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為脈動(dòng)磁場(chǎng)，它可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成，電機(jī)即按合成特性曲線運(yùn)行。如果改變控制電壓的相位，即移相 180o，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相反，因而產(chǎn)生的合成力矩方向也相反，伺服電機(jī)將反轉(zhuǎn)。在一般情況下，電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 當(dāng)電機(jī)原來處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，如控制繞組不加控制電壓，此時(shí)只有勵(lì)磁繞組通電產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度 {線數(shù) )。伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)床中的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì) 1 交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 與普通電機(jī)一樣，交流伺服電機(jī)也由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng) gS 控制的 u／ V／ W 三相電形成電磁場(chǎng) 轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較 調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。而普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來以后，如控制信號(hào)消失，往往仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦控制系統(tǒng)有偏差信號(hào)，控制繞組就要接受與之相對(duì)應(yīng)的控制電壓。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢(shì)和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、大小不等（正轉(zhuǎn)者大，反轉(zhuǎn)者?。┖铣闪夭?為零，所以伺服電機(jī)就朝著正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，隨著信號(hào)的增強(qiáng)，磁場(chǎng)接近圓形，此時(shí)正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及其力矩增大，反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及其力矩減小，合成力矩變大，如負(fù)載力矩不變，轉(zhuǎn)子的速度就增加。在電機(jī)運(yùn)行過程中，如果控制信號(hào)降為 “零 ”，勵(lì)磁電流仍然存在，氣隙中產(chǎn)生一個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng)，此脈動(dòng)磁場(chǎng)可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成。而交流伺服電機(jī)則可以靠不同程度的不對(duì)稱運(yùn)行來達(dá)到控制目的。 對(duì)運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)性能有比較高的要求時(shí)，需要實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。 換一種說法是： 轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如 10V 對(duì)應(yīng) 5Nm 的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為 5V 時(shí)電機(jī)軸輸出為 :如果電機(jī)軸負(fù)載低于 時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于 時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，大于 時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn) (通常在有重力負(fù) 載情況下產(chǎn)生 )。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝 置。 （交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 ） 2 交流伺服 系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 目前普遍采用的交流伺服電機(jī)都是永磁同步電動(dòng) 機(jī)，這種電機(jī)具有能量轉(zhuǎn)換效率高，體積小，運(yùn)行可靠性高、調(diào)速范圍廣，系統(tǒng)動(dòng)、靜特性好等優(yōu)點(diǎn)，隨著世界各國紛紛對(duì)加大其進(jìn)行研究，大大提高了交流伺服電機(jī)的效率，縮小了體積，降低了成本，特別是隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，極大地促進(jìn)了交流伺服控制技術(shù)的發(fā)展，目前，各國的電氣公司，如德國的西門子、美國的通用電氣公司、日本的三菱公司等都相繼推出了各自的永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)系列產(chǎn)品，并不斷采用新技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和更新，使永磁同步伺服系統(tǒng)性能更加優(yōu)異，價(jià)格更趨合理。直流伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能。換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速及應(yīng)用環(huán)境受到限制 。但是由于交流電機(jī)具有強(qiáng)耦合，非線性的特性，控制非常復(fù)雜，所以高性能運(yùn)用一直受到局限。滿足數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)調(diào)速范圍寬、靜差率小的要求。 20 世紀(jì) 50 年代出現(xiàn)數(shù)控機(jī)床以來，作為數(shù)控機(jī)床重要組成部分的伺服系統(tǒng)，隨著新材料、電子電力、控制理論等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了從步進(jìn)伺服系統(tǒng)到直流伺服系統(tǒng)再到今天的交流伺服系統(tǒng)的過程。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要部分，它隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。 （ CNC 系統(tǒng)框圖 ） 伺服系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 伺服系 統(tǒng)是以驅(qū)動(dòng)裝置 —電機(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)，它包括伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)。 b 快速響應(yīng)特性好 快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一。調(diào)速范圍一般大于 1:10000。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)按有無反饋檢測(cè)元件分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。按有無反饋檢測(cè)元件分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。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。我國的華中科技大學(xué)、北京機(jī)床研究所、西安微電動(dòng)機(jī)研究所、中科院沈陽自動(dòng)化研究所、蘭州電動(dòng)機(jī)廠等單位開始研究并推出交流伺服系統(tǒng)