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伺服控制技术的应用发展 (1)

伺服控制技术的应用发展 (1)
来源:eccn 时间:2014-03-05
引言

关于伺服控制的概念:伺服控制系统(伺服单元)是具有位置、速度、或加速度闭环控制的机械系统,如图1所示。

图1中包括:被控对象,伺服电机,功率驱动器,反馈控制器、运动控制器。除了被控对象以外的部分,称为伺服单元。



图1 典型伺服控制系统

伺服单元经历了三个发展的里程碑:

(1)传统伺服单元,如图2(a),由驱动器、伺服控制器和伺服电机组成;

(2)现代伺服单元,如图2(b),将驱动器和伺服控制器集成为整体;

(3)面向未来的伺服单元,如图2(b),进一步将驱动器、伺服控制器和伺服电机集成为伺服一体机。



图2 伺服单元的发展

伺服一体机的主要特点是:高密度、体积小、适于网络控制和具有更高的可靠性。它内含:控制器内核和功率驱动器内核,通过dcbus和网络接口与外部建立联系,既能自主运行又能受控于网络,能以分布式形态构成任意复杂的大型精密控制系统。

伺服电机和位置传感器

传统伺服电机采用均匀齿槽和分布式绕组,电机的气隙磁场为正弦波。现代伺服电机采用非均匀齿槽和集中式绕组,电机的气隙磁场为注入三次谐波的正弦波。集中式绕组伺服电机的绕组端部比传统伺服电机小很多,因此电机的铜损耗也小许多。图3是使用磁编码器(位置传感器)的高密度伺服电机。伺服电机还有其他形式,例如:无铁心伺服电动机、无齿槽伺服电动机、伺服力矩电机、线性(直线)伺服电动机等等。

伺服电机的位置传感器有:光电编码器(分辨率2500线到21位不等),旋转变压器(分辨率12位左右),磁编码器(分辨率12位左右),光栅传感器(1~0.5μm),感应同步器(0.2~20角秒或1μm)等。位置传感器还可分为:增量式和绝对式。

数控系统

构成工业机器人、数控机床等设备,还需要数控系统。数控系统分两大类:嵌入式数控系统和基于pc的数控系统(pc based)。数控机床使用嵌入式数控系统居多。目前,嵌入式数控系统的软件开放性已有所改善;pc数控系统的主要特点是,软件开放性好,用户有更大的使用灵活性。



图3 高密度伺服电机装配爆炸图

典型数控系统

数控系统以日本fanuc和德国siemens代表性。

例如:

(1) fanuc高端产品:16i/18i/21i-model b超小、超薄,控制器与显示器集成一体;可支持纳米级超精加工;hrv3伺服控制;内嵌式以太网; pmc基本指令执行时间0.033μs/步,速度快;多控制轴数8轴;多联动控制轴数6轴;多可控主轴4轴。

(2) fanuc普及型数控0i系列

目前中国国内已经能够生产和配套仿0i系列的普及型数控系统。

(3) siemens高端产品840d

全数字化、体积小、功能强;开放式cnc;31个驱动轴(多5个主轴); 8个插补轴,多通道结构;刀具定向的斜面加工和5轴加工;样条插补,多项式插补;高精度轮廓加工,预读功能,动态前馈控制,可编程加速响应;以太网。

(4) siemens中档产品810d

可控5个进给轴和1个主轴; plc s7-300,紧凑i/o模块; 可配伺服电机,同步主轴电机,线性电机,力矩电机;软件与804d同步; 驱动优化,适于模具加工。

(5) siemens普及型产品802d

数字伺服;4个伺服轴和1个可控主轴。目前中国国内已经能够生产和配套仿802d系列的普及型数控系统。  

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