伺服驅(qū)動技術(shù)作為數(shù)控機床、工業(yè)機器人及其它產(chǎn)業(yè)機械控制的關(guān)鍵技術(shù)之一,在國內(nèi)外普遍受到關(guān)注。在20世紀最后10年間,微處理器(特別是數(shù)字信號處理器——DSP)技術(shù)、電力電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展為伺服驅(qū)動技術(shù)的進一步發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。如果說20世紀80年代是交流伺服驅(qū)動技術(shù)取代直流伺服驅(qū)動技術(shù)的話,那么,20世紀90年代則是伺服驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的10年。這一點在一些工業(yè)發(fā)達國家尤為明顯。
無人化、規(guī)模化生產(chǎn)對加工設(shè)備提出了高速度、高精度、高效率的要求,交流伺服系統(tǒng)具有高響應(yīng)、免維護(無碳刷、換向器等磨損元部件)、高可靠性等特點,正好適應(yīng)了這一需求。例如,日本FANUC公司、三菱電機公司、安川電機公司、德國Siemens公司、AEG公司、力士樂Indramat公司、美國A.B公司、GE公司等均先后在1984年前后將交流伺服系統(tǒng)付諸實用。國內(nèi)的交流伺服驅(qū)動技術(shù)起步較晚,到20世紀80年代末才有產(chǎn)品問世。如冶金部自動化研究院華騰公司的ACS系列、揚州5308廠引進Siemens公司的610系列,這些產(chǎn)品采用大功率晶體管模塊(GTR),屬于模擬伺服,但從技術(shù)上填補了國內(nèi)空白。
進入20世紀s“年代,微電子制造工藝的日臻完善,使得DSP運算速度呈幾何數(shù)上升,達到了伺服環(huán)路高速實時控制的要求,一些運動控制芯片制造商還將電機控制所必需的外圍電路(如A/D轉(zhuǎn)換器、位置/速度檢測倍頻計數(shù)器、PWM發(fā)生器等)與DSP內(nèi)核集成于一體,使得伺服控制回路采樣時間達到100μs以內(nèi),由單一芯片實現(xiàn)自動加、減速控制,電子齒輪同步控制,位置、速度、電流三環(huán)的數(shù)字化補償控制。一些新的控制算法如速度前饋、加速度前饋、低通濾波、凹陷濾波等得以實現(xiàn)。另一方面,電力電子技術(shù)的發(fā)展,使得伺服系統(tǒng)主電路功率元件的開關(guān)頻率由2~5kHz提升到15~20kHz,1GBT(絕緣柵門雙極性晶體管)及IPM(智能型功率模塊)均是這一時代的產(chǎn)物,從而提高了系統(tǒng)的平穩(wěn)性,降低了系統(tǒng)的噪音。以上兩個方面不僅是交流伺服實現(xiàn)數(shù)字化的基礎(chǔ),而且使得交流伺服趨于小型化。目前一些工業(yè)發(fā)達國家的伺服系統(tǒng)生產(chǎn)廠家基本上均能夠提供全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)或者可以與自己的CNC系統(tǒng)相配套,如日本FANUC公司、三菱電機公司、安川電機公司、松下公司、山洋電機公司、德國Siemens公司、力士樂Indramat公司、Lenze公司、美國A.B公司、Kollmorgen公司、Relliance公司、Baldor公司、PacificScientific公司等。
全數(shù)字交流伺服技術(shù)的飛速發(fā)展,使得用戶根據(jù)負載狀況(如慣量、間隙、摩擦力等)調(diào)整參數(shù)更為方便,也省去了一些模擬回路所產(chǎn)生的漂移等不穩(wěn)定因素,但在發(fā)展初期,伺服接口缺乏統(tǒng)一標準,各個廠家均設(shè)計自己的接口電路,相互之間無可互換性,用戶適配較為麻煩。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及PC-basedCNC技術(shù)快速發(fā)展的情況下,這一問題尤為突出。
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