所謂的伺服系統(tǒng)就是用來精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動系統(tǒng)。在很多情況下,伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng),其作用是使輸出的機械位移(或轉(zhuǎn)角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角)。伺服系統(tǒng)的結構組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。
交流伺服系統(tǒng)包括基于異步電動機的交流伺服系統(tǒng)和基于同步電動機的交流伺服系統(tǒng)。目前機床主要采用的是永磁同步交流伺服系統(tǒng)。在交流伺服研究領域,日本、美國和歐洲的研究一直走在世界前列。日本的安川公司在20世紀80年代中期研制成功世界上第一臺交流伺服驅(qū)動器。隨后FANUC、三菱、松下等公司先后推出各自的交流伺服系統(tǒng),國外的這些產(chǎn)品大多是基于異步電動機的。國內(nèi)在基于異步電機交流伺服系統(tǒng)的研究比較晚,到目前為止還沒有產(chǎn)品問世。國內(nèi)很多學者把研究的重點放在永磁同步電機伺服系統(tǒng)上。我國的華中科技大學、北京機床研究所、西安微電動機研究所、中科院沈陽自動化研究所、蘭州電動機廠等單位開始研究并推出交流伺服系統(tǒng)。其中,由廣州數(shù)控公司生產(chǎn)的DA98全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動裝置在我國的高精度數(shù)控伺服驅(qū)動行業(yè)已經(jīng)打開局面,打破了外國公司壟斷的格局,開創(chuàng)了民族品牌新紀元。
交流伺服的信號和數(shù)控系統(tǒng)接口有三種模式,也是它經(jīng)歷的三個階段。以國內(nèi)來說,廣州數(shù)控的DA98屬于第一代也是劃時代的一種伺服驅(qū)動器,它是國內(nèi)第一臺全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動裝置,它接受方向命令脈沖。第二代是以埃斯頓為代表的EDB系列,它不僅能夠接受脈沖命令信號,還能接受速度控制或是轉(zhuǎn)矩控制的模擬量的輸入。第三代是網(wǎng)絡化交流伺服系統(tǒng)。網(wǎng)絡化伺服系統(tǒng)是工業(yè)現(xiàn)場總線技術和全數(shù)字化交流伺服的有機結合,全數(shù)字化交流伺服技術可以使用戶根據(jù)負載狀況調(diào)整參數(shù),也省去了一些模擬回路所產(chǎn)生的漂移等不穩(wěn)定因素。采用基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡控制技術,將微處理器和現(xiàn)場總線接口置入全數(shù)字型交流電機伺服驅(qū)動器,形成智能型獨立的全數(shù)字伺服控制單元,將其直接連接到工業(yè)現(xiàn)場總線上,就形成了新型的基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)。減少了硬件數(shù)量和連線,各智能單元結構上獨立自主,可與外界以及相互間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,而且可以加掛其它現(xiàn)場控制設備,易于擴展。到目前為止網(wǎng)絡化交流伺服器在國內(nèi)還沒有成熟產(chǎn)品。北京航空航天大學機器人研究所開發(fā)設計了一種基于DSP+FPGA+ASIPM的網(wǎng)絡化交流伺服控制系統(tǒng),原理樣機已在三維雕刻機上得到了初步的驗證。
目前的伺服器驅(qū)動器內(nèi)部大多采用高速DSP處理器,推進了各種先進的運動控制算法在新型驅(qū)動器上的使用。在硬件結構上各大伺服系統(tǒng)供應商大多采用DSP+CPLD(FPGA)結構,由于DSP和CPLD(FPGA)的可重復編程性,可以實現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)的模塊化可重構。只要為系統(tǒng)配置相應不同的軟件(包括控制算法)就可以控制和驅(qū)動異步電機、永磁同步伺服電機、無刷直流電機,而通過對FPGA的重新配置還可以驅(qū)動直流電機和三相感應式高壓步進電機。這就為數(shù)控機床的升級以及革新留下了很多的空間。
數(shù)控切割機電機分為交流伺服和步進,目前國產(chǎn)運用步進電機驅(qū)動比較廣泛,而伺服驅(qū)動系統(tǒng)在大型數(shù)控切割機上的應用成上升趨勢,其驅(qū)動特性,表明伺服驅(qū)動系統(tǒng)在切割機上的應用將會更加廣泛起來!
隨著交流伺服技術的發(fā)展,交流伺服系統(tǒng)將逐漸地全面取代直流伺服系統(tǒng)。作為數(shù)控機床主要組成部分的伺服系統(tǒng),越來越多的選擇停留在交流伺服上面,它具有其他幾種伺服系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)勢