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校平機伺服電機控制技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

作者:科邦壓瓦機 日期:2018-08-03

近年來,校平機伺服電機控制技術(shù)正朝著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動及保護等集為一體,并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進步,經(jīng)歷了從步進到直流,進而到交流的發(fā)展歷程。
  一、校平機伺服控制系統(tǒng)
  (一)開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)不設(shè)置檢測反饋裝置,不構(gòu)成運動反饋控制回路,電動機按裝置發(fā)出的指令脈沖工作,對運動誤差沒有檢測反饋和處理修正過程,采用步進電機作為驅(qū)動器件,精度   取決于步進電動機的步距角精度和機械部分的傳動精度,難以達到要求。步進電動機的轉(zhuǎn)速不可能很高,運動部件的速度受到限制。但步進電機結(jié)構(gòu)簡單、、成本低,且其控制電路也簡單。所以開環(huán)控制系統(tǒng)多用于精度和速度要求不高的經(jīng)濟型設(shè)備。
  (二)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)
  半閉環(huán)伺服系統(tǒng)采用內(nèi)裝于電機內(nèi)的脈沖編碼器,無刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機作為位置速度檢測器件來構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng),其系統(tǒng)的反饋信號取自電機軸或絲桿上,進給系統(tǒng)中的機械傳動裝置處于反饋回路之外,其剛度等非線性因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性沒有影響,安裝調(diào)試比較方便。定位精度與機械傳動裝置的精度有關(guān),而數(shù)控裝置都有螺距誤差補償和間隙補償?shù)软椆δ?,在傳動裝置精度不太高的情況下,可以利用補償功能將加工精度提高到滿足的程度。故半閉環(huán)伺服系統(tǒng)在數(shù)控校平機生產(chǎn)線中應(yīng)用很廣。
  (三)全閉環(huán)伺服系統(tǒng)
  閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要由比較環(huán)節(jié)、伺服驅(qū)動放大器,進給伺服電動機、機械傳動裝置和直線位移測量裝置組成。對機床運動部件的移動量具有檢測與反饋修正功能,采用直流伺服電動機或交流伺服電動機作為驅(qū)動部件。可以采用直接安裝在工作臺的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測器件,來構(gòu)成的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的直線位移檢測器安裝在移動部件上,其精度主要取決于位移檢測裝置的精度和靈敏度,其產(chǎn)生的加工精度比較高。但機械傳動裝置的剛度、摩擦阻尼特性、反向間隙等各種非線性因素,對系統(tǒng)穩(wěn)定性有很大影響,使閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)安裝調(diào)試比較復(fù)雜。
  二、校平機伺服電機控制性能優(yōu)越
  (一)低頻特性好
  步進電機易出現(xiàn)低速時低頻振動現(xiàn)象。交流伺服電機不會出現(xiàn)此現(xiàn)象,運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),交流伺服系統(tǒng)具有共振功能,可涵蓋機械的剛性不足,并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能,可檢測出機械的共振點,便于系統(tǒng)調(diào)整。
  (二)速度響應(yīng)快
  步進電機從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速需要200~400ms。交流伺服系統(tǒng)的速度響應(yīng)較快,有的交流伺服電機,從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速僅需幾毫秒。
  (三)控制
  交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器。例如松下全數(shù)字式交流伺服電機,對于帶17位編碼器的電機而言,其脈沖當量為9.89秒,是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。
  (四)過載
  步進電機不具有過載能力,為了克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩,選型時需要選取額定轉(zhuǎn)矩比負載轉(zhuǎn)矩大很多的電機,造成了力矩浪費的現(xiàn)象。而交流伺服電機具有較強的過載能力,例如松下交流伺服系統(tǒng)中的伺服電機的    大轉(zhuǎn)矩達到額定轉(zhuǎn)矩的三倍,可用于克服啟動瞬間的慣性力矩。
  (五)矩頻特性佳
  步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,且在較高轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)矩會急劇下降,所以其    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)速以內(nèi),都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。
  三、伺服電機控制展望
  校平機伺服電機控制技術(shù)的發(fā)展推動加工技術(shù)的高速高精化。90年代以來,數(shù)控系統(tǒng)逐漸應(yīng)用伺服電機作為驅(qū)動器件。交流伺服電機內(nèi)是無刷結(jié)構(gòu),幾乎不需維修,體積相對較小,有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高。目前交流伺服系統(tǒng)己在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服系統(tǒng)。
  另外,傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展也地提高了交流電動機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能和定位精度。交流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)一般選用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器、混合型的光電編碼器和   值編碼器作為位置、速度傳感器,其傳感器具有小于1μs的響應(yīng)時間。伺服電動機本身也在向高速方向發(fā)展,與上述高速編碼器配合實現(xiàn)了60m/min甚至100m/min的進給和1g的加速度。為高速時電動機旋轉(zhuǎn)   加平滑,改進了電動機的磁路設(shè)計,并配合高速數(shù)字伺服軟件,可電動機即使在小于1μm轉(zhuǎn)動時也顯得平滑而無爬行。 

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