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伺服电机专题之:数控系统伺服电机控制

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-06-06 10:47:12



 近年来,伺服电机控制技术正朝着交流、数字化和智能化三个方向发展。伺服系统作为数控机床的执行机构,集电力电子设备、控制、驱动和保护于一体。随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术和现代控制技术的进步,伺服系统经历了从步进到直流再到交流的发展过程。本文简要讨论了其技术现状和发展趋势。 



1、数控机床伺服系统


开环伺服系统。开环伺服系统的反馈可以作为运动控制电路的指令脉冲工作,根据数控装置发出的指令。没有检测反馈和处理纠正过程,采用步进电机作为驱动装置。机床的位置精度完全取决于步进电机的步距角精度和机械部件的传动精度,难以满足相对较高的精度要求。步进电机的速度不可能受到限制。但步进电机结构简单,可靠性高,控制电路简单。因此,开启系统主要用于运动精度和速度控制,运动系统的反馈不取决于主环运动精度,第二环运动系统由比较环节、伺服驱动放大器、进给伺服电机、机械动力装置的线性位移测量装置组成。)开环运动部件的精度和速度控制,全闭环运动系统的精度控制,全闭环运动系统的精度控制,全闭环运动系统不取决于主环运动系统。其加工精度相对较高。然而,机械传动装置的刚度、摩擦阻力特性、反向间隙等非线性因素对系统的稳定性有很大的影响,使得闭环进给伺服系统的安装和调试更加复杂。


因此,它只是具有良好的特殊性和大型数控机床的性能。在高振动器和全闭环伺服系统的工作原理下,采用高位置振动器和半闭环伺服系统,伺服电机作为驱动部件,可采用电机内的冲压编码器,无刷变压器或速度测量发电机作为位置/ 速度检测器构成半闭环位置控制系统,系统反馈信号来自电机轴或螺杆,进给系统中的机械传动装置处于反馈电路之外,其刚度等非线性因素不影响系统的稳定性,安装调试更方便。机床的定位精度与机械传动装置的精度有关。运行非常平稳。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械刚度不足,系统内部具有频率分析功能,可检测到机器的振动点,便于系统调整。驱动精度高。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。


例如,对于带有17位编码器的电机,松下全数字交流伺服电机每次接收217位=131072个脉冲电机转一圈,即脉冲当量为360°/131072=9.步距角为189秒。.8°步进电机当量的1/65。过载应力 。步进电机不具备过载能力。为了克服启动时惯性载荷的惯性扭矩,选择额定扭矩远大于负载扭矩的电机,导致扭矩浪费。交流伺服电机具有较强的过载能力。例如,松下交流伺服系统中伺服电机的最大扭矩是额定扭矩的三倍,可用于启动瞬时扭矩。步进速度0转速(4)速度响应速度需要2~40m。


交流伺服的速度响应,例如松下M ** A 400W交流伺服机的额定转速静止加速几毫秒。步进电极,只需要 (5)矩频特性。随着转速的增加,步进电极的输出扭矩会急剧下降,因此其最高工作速度一般为300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)额定扭矩可以在内部输出。 3.伺服电机控制展望


(1)伺服电机控制技术的发展促进了加工技术的高速高精度。自20世纪80年代以来,伺服电机逐渐被用作数控系统的驱动器。交流伺服电机为无刷结构,几乎无需维护,体积相对较小,有利于提高速度和功率。目前,交流伺服系统已在很大程度上取代了直流伺服系统。在当代数控系统中,交流伺服取代直流伺服,软件控制取代硬件控制已成为伺服技术的发展趋势。数控机床伺服进给和主轴装置上的交流数字驱动系统。随着微处理器和全数字交流伺服系统的发展,数控系统的计算速度大大提高,采样时间大大降低。


硬件伺服控制成为软件伺服控制后,伺服系统的性能大大提高。OSP-U10/U100网络数控系统的伺服控制环是一种高性能的伺服控制网络,实现了分散配置、网络连接,进一步发挥了机床的控制能力和通信速度。这些技术的发展提高了伺服系统的性能、可靠性、调试方便、灵活性,大大促进了高速加工技术的发展。先进传感器检测技术的发展也大大提高了交流电机调速系统的动态响应性能和定位精度。


交流伺服电机调速系统一般以无刷旋转变压器、混合光电编码器和绝对值编码器为位置和速度传感器,其传感器小于1μs响应时间。伺服电机本身也在向高速发展,与上述高速编码器合作实现 60m/min甚至100m/min快速进给和1g加速度。为了保证电机在高速时旋转更加平稳,改进了电机的磁路设计,并配合高速数字伺服软件,即使电机小于1μm旋转时也没有爬行。


电机直线


 (2)交流直线驱动进给技术已经成熟。数控机床的进给驱动有两种:旋转伺服电机+精密高速滚珠丝杠和直线电机直接驱动 。传统的珠丝杠工艺成熟,加工精度高,实现高成本相对较低,因此得到了广泛的应用。滚珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度为90m/min,加速度 1.5g。但滚珠丝杠是机械传动,机械元件之间存在弹性变形、摩擦和反向间隙,它会导致运动滞后和非线性误差,因此很难进一步提高滚珠丝杠的副移动速度和加速度。自20世纪90年代以来,直线电机直接驱动进给式驱动模式应用于高速高精度的大型加工机床中。它具有刚度高、速度范围宽、加速特性好、运动惯性小、动态响应性能好、运行稳定、位置精度高等优点。


直线电机直接驱动,无需中间机械传动,减少机械磨损和传动误差,减少维护工作。与滚珠丝杠传动相比,直线电机的直接驱动速度提高了30倍,加速度提高了10倍,最高达10倍g,刚度提高了7倍,最高响应频率达到100Hz,还有很大的发展空间。


目前,在高速高精度加工机床领域,两种驱动模式将长期共存,但从发展趋势来看,直线电机驱动的比例将越来越大。各种迹象表明,直线电机驱动在高速高精度加工机床中的应用已进入加速增长期。


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