運動控製技術的新發展
http://kadhoai.com.cn 2026-04-26 19:40:12 來源:互聯網
信xin息xi時shi代dai的de高gao新xin技ji術shu流liu向xiang傳chuan統tong產chan業ye,引yin起qi後hou者zhe的de深shen刻ke變bian革ge。作zuo為wei傳chuan統tong產chan業ye之zhi一yi的de機ji械xie工gong業ye,在zai這zhe場chang新xin技ji術shu革ge命ming衝chong擊ji下xia,產chan品pin結jie構gou和he生sheng產chan係xi統tong結jie構gou都dou發fa生sheng了le質zhi的de躍yue變bian,微wei電dian子zi技ji術shu、微計算機技術使信息和智能與機械裝置和動力設備相結合,促使機械工業開始了一場大規模的機電一體化技術革命。
隨著計算機電子電力和傳感器技術的發展,各先進國家機電一體化產品層出不窮。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、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方麵的關注,它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方麵起著極大的作用。
在機電一體化技術迅速發展的同時,運動控製技術作為其關鍵組成部分,也得到前所未有的大發展,各廠家相繼推出運動控製的新技術、新產品。本文主要介紹全閉環交流伺服驅動(Full Closed AC Servo)、直線電機驅動(Linear Motor Driving)、可編程序計算機控製器(Programmable Computer Controller,PCC)等幾項具有代表性的新技術。
全閉環交流伺服驅動技術
在(zai)一(yi)些(xie)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)或(huo)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)機(ji)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)產(chan)品(pin)中(zhong),廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)數(shu)字(zi)式(shi)交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)。這(zhe)種(zhong)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)的(de)驅(qu)動(dong)器(qi)對(dui)電(dian)機(ji)軸(zhou)後(hou)端(duan)部(bu)的(de)光(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)進(jin)行(xing)位(wei)置(zhi)采(cai)樣(yang),在(zai)驅(qu)動(dong)器(qi)和(he)電(dian)機(ji)之(zhi)間(jian)構(gou)成(cheng)位(wei)置(zhi)和(he)速(su)度(du)的(de)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。位(wei)置(zhi)控(kong)製(zhi)分(fen)辨(bian)高(gao),可(ke)靠(kao)性(xing)好(hao)。
通(tong)常(chang)帶(dai)位(wei)置(zhi)環(huan)的(de)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong),位(wei)置(zhi)環(huan)的(de)反(fan)饋(kui)采(cai)樣(yang)取(qu)自(zi)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)的(de)編(bian)碼(ma)器(qi),對(dui)於(yu)傳(chuan)動(dong)鏈(lian)上(shang)的(de)間(jian)隙(xi)及(ji)誤(wu)差(cha)還(hai)不(bu)能(neng)補(bu)償(chang)克(ke)服(fu),隻(zhi)能(neng)形(xing)成(cheng)半(ban)閉(bi)環(huan)的(de)位(wei)置(zhi)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。鬆(song)下(xia)公(gong)司(si)新(xin)近(jin)推(tui)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)更(geng)完(wan)善(shan)、可以實現更高精度的全閉環全數字式伺服係統。
該係統克服了上述半閉環係統的缺陷,位置環的采樣可以直接采自裝在最後一級機械上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等),而(er)電(dian)機(ji)上(shang)的(de)編(bian)碼(ma)器(qi)此(ci)時(shi)僅(jin)作(zuo)為(wei)速(su)度(du)環(huan)的(de)反(fan)饋(kui),這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)消(xiao)除(chu)機(ji)械(xie)上(shang)存(cun)在(zai)的(de)一(yi)切(qie)間(jian)隙(xi),並(bing)且(qie)該(gai)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)還(hai)可(ke)以(yi)對(dui)機(ji)械(xie)傳(chuan)動(dong)上(shang)出(chu)現(xian)的(de)誤(wu)差(cha)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang),達(da)到(dao)真(zhen)正(zheng)全(quan)閉(bi)環(huan)的(de)功(gong)能(neng),實(shi)現(xian)高(gao)精(jing)度(du)的(de)位(wei)置(zhi)控(kong)製(zhi)。而(er)且(qie)這(zhe)種(zhong)全(quan)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)均(jun)由(you)驅(qu)動(dong)器(qi)來(lai)完(wan)成(cheng),無(wu)需(xu)增(zeng)加(jia)上(shang)位(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)負(fu)擔(dan)。
由於采用全閉環交流伺服係統能獲得極高的定位精度,而不需增加上位控製係統的複雜程度。所以它廣泛應用於數控機床、台鑽機等高精度數控設備。
直線電機驅動技術
直線電動機在機床進給伺服係統中的應用,近幾年來已在世界機床行業得到重視,並在西歐工業發達地區掀起“直線電動機熱”。
在機床進給係統中,采用直線電動機直接驅動與原旋轉電動機傳動的最大區
別是取消了從電動機到工作台(拖板)之間的一切機械中間傳動環節,把機床進給傳動鏈的長度縮短為零。這種傳動方式被稱為“零傳動”。正由於這種“零傳動”方式,帶來了原旋轉電動機驅動方式無法達到的性能指標和一定優點。
(1) 高速響應 由you於yu係xi統tong中zhong直zhi接jie取qu消xiao了le一yi些xie響xiang應ying時shi間jian常chang數shu較jiao大da的de如ru絲si杠gang等deng機ji械xie傳chuan動dong件jian,使shi整zheng個ge閉bi環huan控kong製zhi係xi統tong動dong態tai響xiang應ying性xing能neng大da大da提ti高gao,反fan應ying異yi常chang靈ling敏min快kuai捷jie。
(2) 精度 zhixianqudongxitongquxiaoleyouyusigangdengjixiejigouyinqidechuandongwuchajianshaolechabushiyinchuandongxitongzhihoudailaidegenzongwucha。tongguozhixianweizhijiancefankuikongzhi,jikedadatigaojichuangdedingweijingdu。
(3) 動剛度高 由於“直接驅動”,避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯後現象,同時提高了其傳動剛度。
(4)速度快、加減速過程短 由於直線電動機最早主要用於磁懸浮列車(時速可達500Km/h),所以用在機床進給驅動中,要滿足其超高速切削的最大進個速度(要求達60~100M/min或更高)dangranshimeiyouwentide。yeyouyushangshulingchuandongdegaosuxiangyingxing,shiqijiajiansuguochengdadasuoduan。yishixianqidongshishunjiandadaogaosu,gaosuyunxingshiyounengshunjianzhunting。kehuodejiaogaodejiasudu,yibankeda(2~10)g(g=9.8m/s2),而滾珠絲杠傳動的最大加速度隻有(0.1~0.5)g。
(5)行程長度不受限製 在導軌上通過串聯直線電機,就可以無限延長其行程長度。
(6) 動安靜、噪音低 由於取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦,且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌(無機械接觸),其運動時噪音將大大降低。
(7) 效率高 由於無中間傳動環節,消除了機械摩擦時的能量損耗。科爾摩根PLATINNM DDL係列直線電機和SERVOSTAR CD係列數字伺服放大器構成一種典型的直線永磁伺服係統,它能提供很高的動態響應速度和加速度、極高的剛度、高的定位精度和平滑的無差運動。
可編程計算機控製器技術
自20世紀60年代末美國第一台可編程序控製器PLC問世以來,PLC控製技術已走過了30年的發展曆程,尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發展,它已在軟硬件技術方麵遠遠走出了當初的“順序控製”的雛形階段。可編程計算機控製器(PCC)就是代表這一發展趨勢的新一代可編程控製器。
與常規的PLC相比較,PCC最大的特點在於其類似於大型計算機的分時多任務操作係統和多樣化的應用軟件的設計。常規的PLC大多采用單任務的時鍾掃描或監控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態采集與刷新。這樣處理,直接導致了真正意義上的“控製速度”依賴於應用程序的大小,這一結果無疑是同I/O通道中高實時性的控製要求相違背的。PCC的(de)係(xi)統(tong)軟(ruan)件(jian)完(wan)美(mei)地(di)解(jie)決(jue)了(le)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti),它(ta)采(cai)用(yong)分(fen)時(shi)多(duo)任(ren)務(wu)機(ji)製(zhi)構(gou)築(zhu)其(qi)應(ying)用(yong)軟(ruan)件(jian)的(de)運(yun)行(xing)平(ping)台(tai),這(zhe)樣(yang)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)的(de)運(yun)行(xing)周(zhou)期(qi)則(ze)與(yu)程(cheng)序(xu)長(chang)短(duan)無(wu)關(guan),而(er)是(shi)由(you)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)的(de)循(xun)環(huan)周(zhou)期(qi)決(jue)定(ding)。由(you)此(ci),它(ta)將(jiang)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)的(de)掃(sao)描(miao)周(zhou)期(qi)同(tong)真(zhen)正(zheng)外(wai)部(bu)的(de)控(kong)製(zhi)周(zhou)期(qi)區(qu)別(bie)開(kai)來(lai),滿(man)足(zu)了(le)真(zhen)正(zheng)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)的(de)要(yao)求(qiu)。當(dang)然(ran),這(zhe)種(zhong)控(kong)製(zhi)周(zhou)期(qi)可(ke)以(yi)在(zai)CPU運算能力允許的前提下,按照用戶的實際要求,任意修改。
基於這樣的操作係統,PCC的de應ying用yong程cheng序xu由you多duo任ren務wu模mo塊kuai構gou成cheng,給gei項xiang目mu應ying用yong軟ruan件jian的de開kai發fa帶dai來lai很hen大da的de便bian利li。因yin為wei這zhe樣yang可ke以yi方fang便bian地di按an照zhao控kong製zhi項xiang目mu中zhong各ge部bu分fen不bu同tong的de功gong能neng要yao求qiu,如ru運yun動dong控kong製zhi、數據采集,報警,PID調節運算,通信控製等,分別編製出控製程序模塊(任務),這些模塊既獨立運行,數據間又保持一定的相互關聯,這些模塊經過分步驟的獨立編製和調試之後,可一同下載至PCC的CPU中,在多任務操作係統的調度管理下並行運行,共同實現項目的控製要求。
PCC在工業控製中強大的功能優勢,體現了可編程控製器與工業控製計算機及DCS(分布式工業控製係統)技術互相融合的發展潮流,雖然這還是一項較為年輕的技術,但在其越來越多的應用領域中,它正日益顯示出不可低估的發展潛力。
結束語
科ke學xue技ji術shu的de迅xun猛meng發fa展zhan,特te別bie是shi計ji算suan機ji技ji術shu和he微wei電dian子zi技ji術shu的de發fa展zhan,促cu使shi運yun動dong控kong製zhi技ji術shu不bu斷duan進jin步bu,這zhe必bi將jiang使shi我wo國guo的de機ji電dian一yi體ti化hua技ji術shu水shui平ping不bu斷duan提ti高gao。