伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

數(shù)控技術

華中科技大學機械科學與工程學院第7章數(shù)控加工技術的展望

7.1數(shù)控機床主機的發(fā)展7.2數(shù)控加工控制系統(tǒng)的發(fā)展7.3伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢7.4柔性制造技術的發(fā)展7.5基于網絡的數(shù)控加工技術1伺服系統(tǒng)中的控制信息用數(shù)字量來處理隨著數(shù)字信號微處理器速度的大幅度提高，伺服系統(tǒng)的信息處理可完全用軟件來完成，這就是當前所說的“數(shù)字伺服”伺服驅動系統(tǒng)全數(shù)字化伺服驅動內部控制的數(shù)字化，伺服驅動到數(shù)控系統(tǒng)接口的數(shù)字化測量單元的數(shù)字化1.全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)7.3伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢2全數(shù)字控制伺服系統(tǒng)可以采用以下新技術，達到高速度和高精度的要求前饋控制：引入前饋控制，實際上構成了具有反饋和前饋復合控制的系統(tǒng)結構預測控制：通過預測機床伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來調節(jié)輸入控制量，以產生符合要求的輸出學習控制或重復控制：適合于周期性重復操作控制指令情況的加工，可以獲得高速、高精度1.全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)7.3伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢3數(shù)字伺服系統(tǒng)運用計算機技術，具有下列特性采用現(xiàn)代控制理論，通過計算機軟件實現(xiàn)最佳控制數(shù)字伺服系統(tǒng)是一種離散系統(tǒng)，它是由采樣器和保持器兩個基本環(huán)節(jié)組成的數(shù)字伺服系統(tǒng)具有較高的動、靜態(tài)精度系統(tǒng)一般的情況下會配有SERCOS(SerialReal-timeCommunicationSystem，串行實時通訊系統(tǒng))板。與現(xiàn)場總線相比，它可以實現(xiàn)高速位置閉環(huán)控制，可以處理多個運動軸的控制，同時可以采用精確、高效的光纖接口，光纖連接可以確保通訊過程的無噪音，簡化模塊之間的電纜連接，提高系統(tǒng)的可靠性。1.全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)7.3伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢4電機的改進、驅動方式的改進和具備更高運行速率的DSP等是伺服驅動系統(tǒng)向著高速、高精、高性能化邁進的先決條件電機方面的改進主要包括電機永磁材料性能的改進、更好的磁鐵安裝結構設計，逆變器驅動電路的優(yōu)化、加減速運動的優(yōu)化、再生制動和能量反饋以及更好的冷卻方式驅動方式的改進方面如采用無齒槽效應的高性能旋轉電機和采用直線電機的線性伺服驅動方式2.高速度、高精度、高性能化

7.3伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢52.高速度、高精度、高性能化

德國倍福(Beckhoff)AX5000伺服驅動器電流控制環(huán)最快可達31.25μs速度控制環(huán)最快可達125μs位置控制環(huán)最快可達125μs支持高動態(tài)性能的運動控制任務集成了高性能的EtherCAT實時以太網通訊技術7.3伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢6通過Internet及時了解伺服系統(tǒng)的參數(shù)及時實運行情況，并可根據(jù)嵌入的預測性維護技術，及時了解如電流、負載的變化情況，實現(xiàn)實時預警模糊邏輯控制、神經網絡和專家控制已運用到伺服驅動系統(tǒng)中，是當前比較典型的智能控制方法伺服驅動系統(tǒng)的網絡化、智能化及其它功能模塊均得到了長足發(fā)展，根據(jù)設計使用者的不同要求及不同模塊的功能及參數(shù)實現(xiàn)伺服驅動系統(tǒng)的模塊化設計3.網絡化、智能化、模塊化

7.3伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢7直接驅動裝置直接與負載相聯(lián)，省掉了機械傳動元件，故傳動鏈最短由于驅動裝置的動態(tài)性能明顯提高，故生產效率較高由于調節(jié)質量好和定位精度高，所以產品質量提高了由于取消了許多磨損件，因而生命周期的成本很少簡化了機床設計和機床結構直線伺服系統(tǒng)采用的是一種直接驅動方式，帶來了旋轉驅動方式無法達到的性能指標，如加速度可達3g以上，為傳統(tǒng)驅動裝置的10-20倍，進給速度是傳統(tǒng)的4-5倍4.直線伺服系統(tǒng)

7.3伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢8采用直線電機和智能化全數(shù)字直接驅動控制系統(tǒng)為特征的高速加工中心世界上第一臺展出的直線電機直接驅動的高速加工中心是1993年展出的XHC240型加工中心應用到數(shù)控機床上的主要有高精度、高頻響、小行程直線電動機與大推力、長行程、高精度直線電動機兩類2000年DMG公司已有28種機型采用直線電動機驅動，年產1500多臺，約占總產量的1/3MAZAK公司也將推出基于直線伺服系統(tǒng)的超音速加工中心，切削速度2720m/s，主軸最高轉速80000r/min，快移速度500m/min，加速度6g4.直線伺服系統(tǒng)

7.3伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢9作為為機機床床進進給給驅驅動動主主流流的的永永磁磁直直線線伺伺服服電電動動機機有有兩兩大大發(fā)發(fā)展展方方向向大推推力力：：通通過過電電動動機機結結構構、、磁磁路路形形式式和和冷冷卻卻結結構構的的特特殊殊設設計計，，以以獲獲得得更更大大的的推推力力，，從從而而滿滿足足大大型型機機床床強強力力切切削削加加工工的的要要求求高精精度度：：通通過過直直線線電電動動機機磁磁路路設設計計、、磁磁場場優(yōu)優(yōu)化化設設計計以以及及繞繞組組形形式式設設計計，，盡盡量量減減小小直直線線電電動動機機的的靜靜態(tài)態(tài)和和動動態(tài)態(tài)端端部部效效應應所所引引起起的的推推力力波波動動4.直線線伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)7.3伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢10電主主軸軸單單元元將將主主軸軸電電機機直直接接裝裝在在了了主主軸軸單單元元內內部部，，省省去去了了皮皮帶帶、、齒齒輪輪、、聯(lián)聯(lián)軸軸節(jié)節(jié)等等中中間間變變速速和和傳傳動動裝裝置置，，實實現(xiàn)現(xiàn)了了電電機機與與主主軸軸的的零零傳傳動動電主主軸軸是是現(xiàn)現(xiàn)代代高高檔檔數(shù)數(shù)控控機機械械的的關關鍵鍵部部件件，，成成為為現(xiàn)現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控機機床床的的主主要要特特征征之之一一具有有結結構構簡簡單單緊緊湊湊、、效效率率高高、、噪噪聲聲低低、、振振動動小小和和精精度度高高等等特特點點易于于實實現(xiàn)現(xiàn)高高速速化化，，促促進進了了數(shù)數(shù)控控機機床床向向高高速速化化方方向向發(fā)發(fā)展展電主主軸軸性性能能參參數(shù)數(shù)和和制制造造質質量量的的高高低低，，在在很很大大程程度度上上決決定定了了數(shù)數(shù)控控機