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控制系統(tǒng)

伺服驅(qū)動產(chǎn)品精準與智能的突破(一)

星之球激光 來源:中電網(wǎng)2012-10-16 我要評論(0 )   

前言 近幾年,國內(nèi)的 工業(yè)自動化 領域呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的態(tài)勢,國外的先進技術迅速得到引入和普及化地推廣,其中作為 驅(qū)動 方面的重要代表產(chǎn)品的 伺服 已被廣大用戶所接受...

前言

  近幾年,國內(nèi)的工業(yè)自動化領域呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的態(tài)勢,國外的先進技術迅速得到引入和普及化地推廣,其中作為驅(qū)動方面的重要代表產(chǎn)品的伺服已被廣大用戶所接受,在機器革新中起到了至關重要的作用。精準的驅(qū)動效果和智能化的運動控制通過伺服產(chǎn)品可以完美的實現(xiàn)機器的高效自動化,這兩方面也成為伺服發(fā)展的重要指標。

1 伺服系統(tǒng)介紹

  伺服驅(qū)動技術是數(shù)控技術的重要組成部分。與數(shù)控裝置相配合,伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性直接影響機床的位移速度,定位精度和加工精度?,F(xiàn)在,直流伺服系統(tǒng)被交流數(shù)字伺服系統(tǒng)所取代;伺服電機的位置,速度及電流環(huán)都實現(xiàn)了數(shù)字化;并采用了新的控制理論,實現(xiàn)了不受機械負荷變動影響的高速響應系統(tǒng)(圖1)。

  

  圖1 半閉環(huán)伺服控制

  其主要新發(fā)展的技術有:

  a.前饋控制技術。過去的伺服系統(tǒng),是把檢測器信號與位置指令的差值乘以位置環(huán)增益作為速度指令。這種控制方式總是存在著跟蹤滯后誤差,這使得在加工拐角及圓弧時加工精度惡化。所謂前饋控制,就是在原來的控制系統(tǒng)上加上速度指令的控制方式,這樣使伺服系統(tǒng)的跟蹤滯后誤差大大減小。

  b.機械靜止摩擦的非線性控制技術。對于一些具有較大靜止摩擦的數(shù)控機床,新型數(shù)字伺服系統(tǒng)具有補償機床驅(qū)動系統(tǒng)靜摩擦的非線性控制功能。

  c.伺服系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)(包括電流環(huán))均采用軟件控制,如數(shù)字調(diào)解和矢量控制等。為適應不同類型的機床,不同精度和不同速度要術,預先調(diào)整加、減速性能。

  d.采用高分辨的位置檢測裝置。如高分辨率的脈沖編碼器,內(nèi)有微處理器組成的細分電路,使得分辨率大大提高,增量位置檢測為10000 p/r(脈沖數(shù)/每轉(zhuǎn))以上;絕對位置檢測為1000000 p/r以上。

  e. 補償技術得到了發(fā)展和應用?,F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都具有補償功能,可以對伺服系統(tǒng)進行多種補償,如絲杠螺距誤差補償,齒側(cè)間隙補償、軸向運動誤差補償、空間誤差補償和熱變形補償?shù)取?p#分頁標題#e#

2 新一代精準伺服產(chǎn)品

  所謂精準,是指通過伺服驅(qū)動后所達到執(zhí)行效果和目標設定的一致程度高,控制精密性好。要達成這樣的結果需要在執(zhí)行裝置(電機)和驅(qū)動裝置(驅(qū)動器)上做到針對性地設計和制造。

  日本橫河公司的DDM產(chǎn)品是具有這樣特性的非常典型的產(chǎn)品。

  以下就3個方面對DD馬達進行介紹

  

  圖2 DD馬達與伺服+減速機構架比較

        首先,間隙誤差被消除。普通的傳動機構由于有減速機、聯(lián)軸器、齒輪、皮帶或絲杠等中間環(huán)節(jié),間隙誤差是肯定無法避免的,尤其是對于長時間運轉(zhuǎn)所造成的機械磨損更是無法補償。DD馬達恰恰能很好的解決以上的問題,由于DD直接驅(qū)動的安裝方式(圖2),誤差被減為最少;而且它的伺服特性也可以隨時修正誤差,達到最理想的控制精度。

  其次,高解析度和高定位精度。DYNASERV DD馬達選配的編碼器分辨率很高,DM1B-045的解析度為655,360PPR(DM-A系列 達到4096000PPR),電器控制精度高,已經(jīng)超過普通伺服的控制精度1個數(shù)量級。由于制作相當精密,最終的精度控制一般可以達到2秒以內(nèi)。

  第三,高剛性,結構緊湊,使用效率高。DD 馬達的剛性很強,與負載結合后特性很硬,對于其驅(qū)動器要求更高。最新型的DYNASERV驅(qū)動器可以提供在線增益調(diào)試和共振濾波。馬達中空獨特設計不但減輕了自身慣量,也給客戶提供了更多的安裝形式。組合后的機械結構會更加緊湊,使用效率比較其他方式最高。

  DD馬達的相對轉(zhuǎn)速比較低,額定轉(zhuǎn)速基本在60rpm~240rpm之間,但是這里的轉(zhuǎn)速是最終在轉(zhuǎn)臺上的轉(zhuǎn)速,相對比普通伺服+減速機的構架,在最終轉(zhuǎn)速上也是非常有優(yōu)勢。在保持轉(zhuǎn)速的同時DD馬達保持了高的輸出扭力,由于采用永磁定子,因此在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)橫河DD馬達的扭力輸出曲線能夠保持平滑線性特性(圖3)。

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  圖3 DD馬達 轉(zhuǎn)速-扭矩輸出特性

  橫河的GIII驅(qū)動器采用了I-PD控制方式,同樣帶寬的電流環(huán),采用I-PD控制的GIII驅(qū)動器達到10Hz帶寬的位置環(huán),與傳統(tǒng)的PID控制方式相比,減小了2.5倍的速度帶寬。這個特點決定了馬達的高剛性(位置帶寬)。

  

  圖4 橫河GIII驅(qū)動器控制控制圖

 

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