運動控制新技術論文-最新范文

1、運動控制新技術論文摘要：信息時代的高新技術推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機械工 業(yè)自動化中出現(xiàn)了一些運動控制新技術：全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術、 直線電機驅(qū)動技術、可編程計算機控制器、運動控制卡等。本文主要 分析和綜述了這些新技術的基本原理、特點以及應用現(xiàn)狀等。關鍵詞：伺服驅(qū)動技術，直線電機,可編程計算機控制器，運動控制1引言信息時代的高新技術流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳 統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機械工業(yè)，在這場新技術革命沖擊下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變，微電子技術、微計算機技術的高速發(fā)展 使信息、智能與機械裝置和動力設備相結(jié)合,促使機械工業(yè)開始了一 場大規(guī)模的機電一體化技術革命。隨

2、著計算機技術、電子電力技術和傳感器技術的發(fā)展，各先進國家 的機電一體化產(chǎn)品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機 械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業(yè) 機器人、智能機器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進展。機電一體化 技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、 節(jié)約能源、降低材料消耗、增強企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。在機電一體化技術迅速發(fā)展的同時，運動控制技術作為其關鍵組 成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，國內(nèi)外各個廠家相繼推出運動控 制的新技術、新產(chǎn)品。本文主要介紹了全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(FullClosedACServo)、直線電機驅(qū)動技術

3、(LinearMotorDriving)、 可編程序計算機控制器(ProgrammableComputerController,PCC)和 運動控制卡(MotionControllingBoard)等幾項具有代表性的新技術。2全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術在一些定位精度或動態(tài)響應要求比較高的機電一體化產(chǎn)品中，交 流伺服系統(tǒng)的應用越來越廣泛，其中數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)更符合數(shù)字 化控制模式的潮流，而且調(diào)試、使用十分簡單，因而被受青睞。這種伺 服系統(tǒng)的驅(qū)動器采用了先進的數(shù)字信號處理器 (DigitalSignalProcessor,DSP),可以對電機軸后端部的光電編碼器 進行位置采樣，在驅(qū)動器和電機之間構(gòu)成

4、位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng), 并充分發(fā)揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統(tǒng)的增益調(diào)節(jié), 甚至可以跟蹤負載變化，實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益；有的驅(qū)動器還具有快速 傅立葉變換(FFT)的功能，測算出設備的機械共振點，并通過陷波濾波 方式消除機械共振。一般情況下，這種數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)大多工作在半閉環(huán)的控制 方式，即伺服電機上的編碼器反饋既作速度環(huán)，也作位置環(huán)。這種控制 方式對于傳動鏈上的間隙及誤差不能克服或補償。為了獲得更高的控 制精度，應在最終的運動部分安裝高精度的檢測元件(如：光柵尺、光 電編碼器等)，即實現(xiàn)全閉環(huán)控制。比較傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制方法是：伺 服系統(tǒng)只接受速度指令,完成速度環(huán)的控制，位置環(huán)

5、的控制由上位控 制器來完成(大多數(shù)全閉環(huán)的機床數(shù)控系統(tǒng)就是這樣)。這樣大大增加 了上位控制器的難度，也限制了伺服系統(tǒng)的推廣。目前，國外已出現(xiàn)了 一種更完善、可以實現(xiàn)更高精度的全閉環(huán)數(shù)字式伺服系統(tǒng)，使得高精 度自動化設備的實現(xiàn)更為容易。其控制原理如圖1所示。該系統(tǒng)克服了上述半閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺陷，伺服驅(qū)動器可以直接 采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件（如光柵尺、磁柵 尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等），作為位置環(huán),而電機上的編碼器反饋此時僅作為 速度環(huán)。這樣伺服系統(tǒng)就可以消除機械傳動上存在的間隙（如齒輪間 隙、絲杠間隙等），補償機械傳動件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等）， 實現(xiàn)真正的全閉環(huán)位置控制功能,獲

6、得較高的定位精度。而且這種全 閉環(huán)控制均由伺服驅(qū)動器來完成，無需增加上位控制器的負擔，因而 越來越多的行業(yè)在其自動化設備的改造和研制中,開始采用這種伺服 系統(tǒng)。3直線電機驅(qū)動技術直線電機在機床進給伺服系統(tǒng)中的應用，近幾年來已在世界機床 行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達地區(qū)掀起”直線電機熱”。在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與原旋轉(zhuǎn)電機傳動 的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環(huán)節(jié)，把 機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為”零傳 動”。正是由于這種”零傳動”方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動方式無 法達到的性能指標和優(yōu)點。高速響應由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應時間

7、常數(shù)較大的機械 傳動件（如絲杠等），使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)響應性能大大提高，反 應異常靈敏快捷。精度直線驅(qū)動系統(tǒng)取消了由于絲杠等機械機構(gòu)產(chǎn)生的傳動間隙 和誤差，減少了插補運動時因傳動系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直 線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。動剛度高由于”直接驅(qū)動”，避免了啟動、變速和換向時因中間 傳動環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現(xiàn)象，同 時也提高了其傳動剛度。速度快、加減速過程短由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列 車（時速可達500Km/h）,所以用在機床進給驅(qū)動中，要滿足其超高速切 削的最大進個速度（要求達60100M/min或更高）當然是沒有問題 的。也由