運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)論文-最新范文

1、運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)論文摘要：信息時(shí)代的高新技術(shù)推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機(jī)械工 業(yè)自動(dòng)化中出現(xiàn)了一些運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)：全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、可編程計(jì)算機(jī)控制器、運(yùn)動(dòng)控制卡等。本文主要 分析和綜述了這些新技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)以及應(yīng)用現(xiàn)狀等。關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，直線電機(jī),可編程計(jì)算機(jī)控制器，運(yùn)動(dòng)控制1引言信息時(shí)代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳 統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械工業(yè)，在這場(chǎng)新技術(shù)革命沖擊下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變，微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展 使信息、智能與機(jī)械裝置和動(dòng)力設(shè)備相結(jié)合,促使機(jī)械工業(yè)開始了一 場(chǎng)大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。隨

2、著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電力技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，各先進(jìn)國(guó)家 的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī) 械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以及工業(yè) 機(jī)器人、智能機(jī)器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。機(jī)電一體化 技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、 節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面起著極大的作用。在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組 成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各個(gè)廠家相繼推出運(yùn)動(dòng)控 制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文主要介紹了全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)(FullClosedACServo)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

3、(LinearMotorDriving)、 可編程序計(jì)算機(jī)控制器(ProgrammableComputerController,PCC)和 運(yùn)動(dòng)控制卡(MotionControllingBoard)等幾項(xiàng)具有代表性的新技術(shù)。2全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)在一些定位精度或動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求比較高的機(jī)電一體化產(chǎn)品中，交 流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，其中數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)更符合數(shù)字 化控制模式的潮流，而且調(diào)試、使用十分簡(jiǎn)單，因而被受青睞。這種伺 服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器 (DigitalSignalProcessor,DSP),可以對(duì)電機(jī)軸后端部的光電編碼器 進(jìn)行位置采樣，在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)之間構(gòu)成

4、位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng), 并充分發(fā)揮DSP的高速運(yùn)算能力，自動(dòng)完成整個(gè)伺服系統(tǒng)的增益調(diào)節(jié), 甚至可以跟蹤負(fù)載變化，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益；有的驅(qū)動(dòng)器還具有快速 傅立葉變換(FFT)的功能，測(cè)算出設(shè)備的機(jī)械共振點(diǎn)，并通過陷波濾波 方式消除機(jī)械共振。一般情況下，這種數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)大多工作在半閉環(huán)的控制 方式，即伺服電機(jī)上的編碼器反饋既作速度環(huán)，也作位置環(huán)。這種控制 方式對(duì)于傳動(dòng)鏈上的間隙及誤差不能克服或補(bǔ)償。為了獲得更高的控 制精度，應(yīng)在最終的運(yùn)動(dòng)部分安裝高精度的檢測(cè)元件(如：光柵尺、光 電編碼器等)，即實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。比較傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制方法是：伺 服系統(tǒng)只接受速度指令,完成速度環(huán)的控制，位置環(huán)

5、的控制由上位控 制器來完成(大多數(shù)全閉環(huán)的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就是這樣)。這樣大大增加 了上位控制器的難度，也限制了伺服系統(tǒng)的推廣。目前，國(guó)外已出現(xiàn)了 一種更完善、可以實(shí)現(xiàn)更高精度的全閉環(huán)數(shù)字式伺服系統(tǒng)，使得高精 度自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)現(xiàn)更為容易。其控制原理如圖1所示。該系統(tǒng)克服了上述半閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺陷，伺服驅(qū)動(dòng)器可以直接 采樣裝在最后一級(jí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的位置反饋元件（如光柵尺、磁柵 尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等），作為位置環(huán),而電機(jī)上的編碼器反饋此時(shí)僅作為 速度環(huán)。這樣伺服系統(tǒng)就可以消除機(jī)械傳動(dòng)上存在的間隙（如齒輪間 隙、絲杠間隙等），補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)件的制造誤差（如絲杠螺距誤差等）， 實(shí)現(xiàn)真正的全閉環(huán)位置控制功能,獲

6、得較高的定位精度。而且這種全 閉環(huán)控制均由伺服驅(qū)動(dòng)器來完成，無需增加上位控制器的負(fù)擔(dān)，因而 越來越多的行業(yè)在其自動(dòng)化設(shè)備的改造和研制中,開始采用這種伺服 系統(tǒng)。3直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)直線電機(jī)在機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，近幾年來已在世界機(jī)床 行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)掀起”直線電機(jī)熱”。在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與原旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng) 的最大區(qū)別是取消了從電機(jī)到工作臺(tái)（拖板）之間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把 機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，因而這種傳動(dòng)方式又被稱為”零傳 動(dòng)”。正是由于這種”零傳動(dòng)”方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式無 法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。高速響應(yīng)由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時(shí)間

7、常數(shù)較大的機(jī)械 傳動(dòng)件（如絲杠等），使整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反 應(yīng)異常靈敏快捷。精度直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取消了由于絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的傳動(dòng)間隙 和誤差，減少了插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)因傳動(dòng)系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直 線位置檢測(cè)反饋控制，即可大大提高機(jī)床的定位精度。動(dòng)剛度高由于”直接驅(qū)動(dòng)”，避免了啟動(dòng)、變速和換向時(shí)因中間 傳動(dòng)環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運(yùn)動(dòng)滯后現(xiàn)象，同 時(shí)也提高了其傳動(dòng)剛度。速度快、加減速過程短由于直線電動(dòng)機(jī)最早主要用于磁懸浮列 車（時(shí)速可達(dá)500Km/h）,所以用在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，要滿足其超高速切 削的最大進(jìn)個(gè)速度（要求達(dá)60100M/min或更高）當(dāng)然是沒有問題 的。也由