模擬式、混合式、數(shù)字式。模擬式和混合式的輸入部分是模擬輸入,區(qū)別在于混合式伺服系統(tǒng)的輸入經(jīng)過數(shù)字偏差器后進入模擬調(diào)節(jié)器。這三種方式的伺服系統(tǒng)都有位置反饋和速度反饋。
目前的伺服驅(qū)動技術(shù)是數(shù)控技術(shù)的重要組成部分。與數(shù)控裝置相配合,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。現(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(yīng)系統(tǒng)。
其主要新發(fā)展的技術(shù)有:
a.前饋控制技術(shù)。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(shù)。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(yīng)不同類型的機床,不同精度和不同速度要術(shù),預(yù)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(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。現(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?/span>
另外,伺服電機和步進電機在中都有應(yīng)用,這里介紹一下二者的區(qū)別:
步進電機是一種離散運動的裝置,它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字中,特別在運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然在控制方式上兩者相似(脈沖串和方向信號),但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異:
1.控制精度不同:兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、1.8°,五相混合式步進電機步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機床的步進電機,其步距角為0.09°;德國百格拉公司(berger lahr)生產(chǎn)的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。而交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證,以松下全數(shù)字式交流伺服電機為例,對于帶標準2500線的電機而言,由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù),其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言,驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈,即其脈沖當(dāng)量為 360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當(dāng)量的1/655。
2.低頻特性不同:步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象,振動頻率與負載情況和性能有 關(guān),一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進電機工作在低速時,一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象,比如在電機上加阻尼器,或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。而交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可涵蓋的剛性不足,并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能(fft),可檢測出機械的共振點,便于系統(tǒng)調(diào)整。
3.矩頻特性不同:步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降,所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300~600rpm。交流伺服電機為恒力矩輸出,即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000rpm或3000rpm)以內(nèi),都能輸出額定轉(zhuǎn)矩,在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
4.過載能力不同:步進電機一般不具有過載能力,而交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍,可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力,在選型時為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機,而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩,便出現(xiàn)了 力矩浪費的現(xiàn)象。
5.運行性能不同:步進電機的控制為開環(huán)控制,啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象,所以為保證其控制精度,應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制,可直接對電機反饋信號進行采樣,內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán),一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象,控制性能更為可靠。
6.速度響應(yīng)性能不同:步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200~400毫秒。交流的加速性能較好,以松下msma 400w交流伺服電機為例,從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000rpm僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場合。
(審核編輯: 智匯小新)
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