伺服驅動技術作為數控機床、工業機器人及其它產業機械控制的關鍵技術之一,在國內外普遍受到關注。在20世紀最后10年間,微處理器(特別是數字信號處理器——DSP)技術、電力電子技術、網絡技術、控制技術的發展為伺服驅動技術的進一步發展奠定了良好的基礎。如果說20世紀80年代是交流伺服驅動技術取代直流伺服驅動技術的話,那么,20世紀90年代則是伺服驅動系統實現全數字化、智能化、網絡化的10年。這一點在一些工業發達國家尤為明顯。
無人化、規模化生產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付諸實用。國內的交流伺服驅動技術起步較晚,到20世紀80年代末才有產品問世。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運算速度呈幾何數上升,達到了伺服環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轉換器、位置/速度檢測倍頻計數器、PWM發生器等)與DSP內核集成于一體,使得伺服控制回路采樣時間達到100μs以內,由單一芯片實現自動加、減速控制,電子齒輪同步控制,位置、速度、電流三環的數字化補償控制。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。另一方面,電力電子技術的發展,使得伺服系統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)均是這一時代的產物,從而提高了系統的平穩性,降低了系統的噪音。以上兩個方面不僅是交流伺服實現數字化的基礎,而且使得交流伺服趨于小型化。目前一些工業發達國家的伺服系統生產廠家基本上均能夠提供全數字交流伺服系統或者可以與自己的CNC系統相配套,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。
全數字交流伺服技術的飛速發展,使得用戶根據負載狀況(如慣量、間隙、摩擦力等)調整參數更為方便,也省去了一些模擬回路所產生的漂移等不穩定因素,但在發展初期,伺服接口缺乏統一標準,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。在網絡技術及PC-basedCNC技術快速發展的情況下,這一問題尤為突出。
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