伺服驅(qū)動技術在數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢

伺服驅(qū)動技術作為數(shù)控機床、工業(yè)機器人及其它產(chǎn)業(yè)機械控制的關鍵技術之一，在國內(nèi)外普遍受到關注。在20世紀最后10年間，微處理器（特別是數(shù)字信號處理器——DSP）技術、電力電子技術、網(wǎng)絡技術、控制技術的發(fā)展為伺服驅(qū)動技術的進一步發(fā)展奠定了良好的基礎。如果說20世紀80年代是交流伺服驅(qū)動技術取代直流伺服驅(qū)動技術的話，那么，20世紀90年代則是伺服驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化的10年。這一點在一些工業(yè)發(fā)達國家尤為明顯。

無人化、規(guī)?；a(chǎn)對加工設備提出了高速度、高精度、高效率的要求，交流伺服系統(tǒng)具有高響應、免維護（無碳刷、換向器等磨損元部件）、高可靠性等特點，正好適應了這一需求。例如，日本FANUC公司、三菱電機公司、安川電機公司、德國Siemens公司、AEG公司、力士樂Indramat公司、美國A.B公司、GE公司等均先后在1984年前后將交流伺服系統(tǒng)付諸實用。國內(nèi)的交流伺服驅(qū)動技術起步較晚，到20世紀80年代末才有產(chǎn)品問世。如冶金部自動化研究院華騰公司的ACS系列、揚州5308廠引進Siemens公司的610系列，這些產(chǎn)品采用大功率晶體管模塊（GTR），屬于模擬伺服，但從技術上填補了國內(nèi)空白。

進入20世紀s“年代，微電子制造工藝的日臻完善，使得DSP運算速度呈幾何數(shù)上升，達到了伺服環(huán)路高速實時控制的要求，一些運動控制芯片制造商還將電機控制所必需的外圍電路（如A/D轉(zhuǎn)換器、位置/速度檢測倍頻計數(shù)器、PWM發(fā)生器等）與DSP內(nèi)核集成于一體，使得伺服控制回路采樣時間達到100μs以內(nèi)，由單一芯片實現(xiàn)自動加、減速控制，電子齒輪同步控制，位置、速度、電流三環(huán)的數(shù)字化補償控制。一些新的控制算法如速度前饋、加速度前饋、低通濾波、凹陷濾波等得以實現(xiàn)。另一方面，電力電子技術的發(fā)展，使得伺服系統(tǒng)主電路功率元件的開關頻率由2～5kHz提升到15～20kHz，1GBT（絕緣柵門雙極性晶體管）及IPM（智能型功率模塊）均是這一時代的產(chǎn)物，從而提高了系統(tǒng)的平穩(wěn)性，降低了系統(tǒng)的噪音。以上兩個方面不僅是交流伺服實現(xiàn)數(shù)字化的基礎，而且使得交流伺服趨于小型化。目前一些工業(yè)發(fā)達國家的伺服系統(tǒng)生產(chǎn)廠家基本上均能夠提供全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)或者可以與自己的CNC系統(tǒng)相配套，如日本FANUC公司、三菱電機公司、安川電機公司、松下公司、山洋電機公司、德國Siemens公司、力士樂Indramat公司、Lenze公司、美國A.B公司、Kollmorgen公司、Relliance公司、Baldor公司、PacificScientific公司等。

全數(shù)字交流伺服技術的飛速發(fā)展，使得用戶根據(jù)負載狀況（如慣量、間隙、摩擦力等）調(diào)整參數(shù)更為方便，也省去了一些模擬回路所產(chǎn)生的漂移等不穩(wěn)定因素，但在發(fā)展初期，伺服接口缺乏統(tǒng)一標準，各個廠家均設計自己的接口電路，相互之間無可互換性，用戶適配較為麻煩。在網(wǎng)絡技術及PC-basedCNC技術快速發(fā)展的情況下，這一問題尤為突出。

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