淺析伺服系統(tǒng)七大技術(shù)發(fā)展方向

伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)，圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來發(fā)展了多種伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)?？梢灶A(yù)見，隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動(dòng)機(jī)及高速電主軸等將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1.交流化

伺服技術(shù)將繼續(xù)迅速地由DC伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)向AC伺服系統(tǒng)。從目前國際市場(chǎng)的情況看，幾乎所有的新產(chǎn)品都是AC伺服系統(tǒng)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，AC伺服電機(jī)的市場(chǎng)占有率已超過80％。國內(nèi)生產(chǎn)AC伺服電機(jī)的廠家也越來越多，正逐步超過生產(chǎn)DC伺服電機(jī)的廠家。可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，除了在某些微型電機(jī)領(lǐng)域之外，AC伺服電機(jī)將完全取代DC伺服電機(jī)。

2.全數(shù)字化

采用新型高速微處理器和專用數(shù)字信號(hào)處理機(jī)（DSP）的伺服控制單元將全面代替以模擬電子器件為主的伺服控制單元，從而實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的伺服系統(tǒng)。全數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，將原有的硬件伺服控制變成了軟件伺服控制，從而使在伺服系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)算法（如：最優(yōu)控制、人工智能、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等）成為可能。

3.采用新型電力電子半導(dǎo)體器件

目前，伺服控制系統(tǒng)的輸出器件多采用開關(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，主要有大功率晶體管（GTR）、功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）和絕緣門極晶體管（IGBT）等。這些先進(jìn)器件的應(yīng)用顯著降低了伺服單元輸出回路的功耗，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低了運(yùn)行噪聲。尤其是，最新型的伺服控制系統(tǒng)已開始使用一種把控制電路功能和大功率電子開關(guān)器件集成在一起的新型模塊，稱為智能控制功率模塊（IntelligentPowerModule，簡稱IPM）。這種器件將輸人隔離、能耗制動(dòng)、過溫、過壓、過流保護(hù)及故障診斷等功能全部集成于一個(gè)不大的模塊中。其輸入邏輯電平與TTL信號(hào)完全兼容，與微處理器的輸出可直接接口。它的應(yīng)用顯著地簡化了伺服單元的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)的小型化和微型化。

4.高度集成化

新的伺服系統(tǒng)產(chǎn)品改變了將伺服系統(tǒng)劃分為速度伺服單元與位置伺服單元2個(gè)模塊的做法，代之以單一、高度集成化、多功能的控制單元。同一個(gè)控制單元，只要通過軟件設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)就可改變其性能，既可以使用電機(jī)本身配置的傳感器構(gòu)成半閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，又可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度的全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。高度的集成化還顯著縮小了整個(gè)控制系統(tǒng)的體積，使伺服系統(tǒng)的安裝與調(diào)試工作都得到簡化。

5.智能化

智能化是當(dāng)前一切工業(yè)控制設(shè)備的流行趨勢(shì)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為一種高級(jí)的工業(yè)控制裝置也不例外。最新數(shù)字化的伺服控制單元通常都設(shè)計(jì)為智能型產(chǎn)品，其智能化特點(diǎn)表現(xiàn)在：

（1）都具有參數(shù)記憶功能。系統(tǒng)的所有運(yùn)行參數(shù)都可通過人機(jī)對(duì)話的方式由軟件來設(shè)置，保存在伺服單元內(nèi)部，通過通信接口，這些參數(shù)甚至可以在運(yùn)行途中由上位計(jì)算機(jī)加以修改，應(yīng)用方便。

（2）都具有故障自診斷與分析功能。無論什么時(shí)候，只要系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就會(huì)將故障類型及可能引起故障的原因通過用戶界面清楚地顯示出來，這就簡化了維修與調(diào)試的復(fù)雜性。

（3）有的伺服系統(tǒng)還具有參數(shù)自整定的功能。眾所周知，閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定是保證系統(tǒng)性能指標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，也是需要耗費(fèi)較多時(shí)間與精力的工作。帶有自整定功能的伺服單元可通過幾次試運(yùn)行，自動(dòng)將系統(tǒng)的參數(shù)整定出來，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)化。對(duì)于使用伺服單元的用戶來說，這是新型伺服系統(tǒng)最具吸引力的特點(diǎn)之一。

6.模塊化和網(wǎng)絡(luò)化

在國外，以工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的工廠自動(dòng)化（FactoryAutomation，簡稱FA）工程技術(shù)在近10年來得到了長足發(fā)展，并顯示出良好的發(fā)展勢(shì)頭。為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，最新的伺服系統(tǒng)都配置了標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口（如RS一232C或RS一422接口等）和專用的局域網(wǎng)接口。這些接口的設(shè)置顯著增強(qiáng)了伺服單元與其它控制設(shè)備間的互聯(lián)能力，從而，與CNC系統(tǒng)間的連接也變得簡單，只需1根電纜或光纜就可將數(shù)臺(tái)、甚至數(shù)十臺(tái)伺服單元與上位計(jì)算機(jī)連接為整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)。也可通過串行接口與可編程控制器（PLC）的數(shù)控模塊相連。