摘要：伺服驅(qū)動產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在機床行業(yè)，數(shù)控加工行業(yè)。文章簡要介紹新一代伺服發(fā)展的方向，并詳細論述新一代伺服產(chǎn)品特點，提出了新一代伺服產(chǎn)品由于其功能特點必然會受到廣泛的應(yīng)用。文章同時介紹天津羅升企業(yè)有限公司所推廣的智能伺服驅(qū)動器ELMO與精密直接驅(qū)動馬達橫河DD馬達。 關(guān)鍵字：DD馬達, Elmo伺服,精準,智能 Abstract: Servo drive products have been used abroad in the machine and CNC industry. This paper introduced the developing direction and the characteristics of the new generation servo driver briefly. Because of the characteristics and functions of the new generation servo, the new generation of servo sure to be used generally in the future. The intelligent servo driver and high accuracy direct driver Yokogawa DD motor is supplied by Tianjin Acepillar also be introduced. Keyword: DD motor, ELMO servo driver, accuracy, intelligence 0 前言 近幾年，國內(nèi)的工業(yè)自動化領(lǐng)域呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的態(tài)勢，國外的先進技術(shù)迅速得到引入和普及化地推廣，其中作為驅(qū)動方面的重要代表產(chǎn)品的伺服已被廣大用戶所接受，在機器革新中起到了至關(guān)重要的作用。精準的驅(qū)動效果和智能化的運動控制通過伺服產(chǎn)品可以完美的實現(xiàn)機器的高效自動化，這兩方面也成為伺服發(fā)展的重要指標。 1 伺服系統(tǒng)介紹 伺服驅(qū)動技術(shù)是數(shù)控技術(shù)的重要組成部分。與數(shù)控裝置相配合，伺服系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài) 特性直接影響機床的位移速度，定位精度和加工精度?，F(xiàn)在，直流伺服系統(tǒng)被交流數(shù)字伺服系統(tǒng)所取代；伺服電機的位置，速度及電流環(huán)都實現(xiàn)了數(shù)字化；并采用了新的控制理論，實現(xiàn)了不受機械負荷變動影響的高速響應(yīng)系統(tǒng)（圖1）。 其主要新發(fā)展的技術(shù)有： a．前饋控制技術(shù)。過去的伺服系統(tǒng)，是把檢測器信號與位置指令的差值乘以位置環(huán)增益 作為速度指令。這種控制方式總是存在著跟蹤滯后誤差，這使得在加工拐角及圓弧時加工精度惡化。所謂前饋控制，就是在原來的控制系統(tǒng)上加上速度指令的控制方式，這樣使伺服系統(tǒng)的跟蹤滯后誤差大大減小。 b．機械靜止摩擦的非線性控制技術(shù)。對于一些具有較大靜止摩擦的數(shù)控機床，新型數(shù)字伺服系統(tǒng)具有補償機床驅(qū)動系統(tǒng)靜摩擦的非線性控制功能。 c．伺服系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)（包括電流環(huán)）均采用軟件控制，如數(shù)字調(diào)解和矢量控制等。為適應(yīng)不同類型的機床，不同精度和不同速度要術(shù)，預(yù)先調(diào)整加、減速性能。 d．采用高分辨的位置檢測裝置。如高分辨率的脈沖編碼器，內(nèi)有微處理器組成的細分電路，使得分辨率大大提高，增量位置檢測為10000 p/r（脈沖數(shù)/每轉(zhuǎn)）以上；絕對位置檢測為1000000 p/r以上。 e． 補償技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都具有補償功能，可以對伺服系統(tǒng)進行多種補償，如絲杠螺距誤差補償，齒側(cè)間隙補償、軸向運動誤差補償、空間誤差補償和熱變形補償?shù)取? 2 新一代精準伺服產(chǎn)品 所謂精準，是指通過伺服驅(qū)動后所達到執(zhí)行效果和目標設(shè)定的一致程度高，控制精密性好。要達成這樣的結(jié)果需要在執(zhí)行裝置（電機）和驅(qū)動裝置（驅(qū)動器）上做到針對性地設(shè)計和制造。 日本橫河公司的DDM產(chǎn)品是具有這樣特性的非常典型的產(chǎn)品。 以下就3個方面對DD馬達進行介紹 首先，間隙誤差被消除。普通的傳動機構(gòu)由于有減速機、聯(lián)軸器、齒輪、皮帶或絲杠等中間環(huán)節(jié)，間隙誤差是肯定無法避免的，尤其是對于長時間運轉(zhuǎn)所造成的機械磨損更是無法補償。DD馬達恰恰能很好的解決以上的問題，由于DD直接驅(qū)動的安裝方式（圖2），誤差被減為最少；而且它的伺服特性也可以隨時修正誤差，達到最理想的控制精度。 其次，高解析度和高定位精度。DYNASERV DD馬達選配的編碼器分辨率很高，DM1B-045的解析度為655,360PPR（DM-A系列 達到4096000PPR），電器控制精度高，已經(jīng)超過普通伺服的控制精度1個數(shù)量級。由于制作相當精密，最終的精度控制一般可以達到2秒以內(nèi)。 第三，高剛性，結(jié)構(gòu)緊湊，使用效率高。DD 馬達的剛性很強，與負載結(jié)合后特性很硬，對于其驅(qū)動器要求更高。最新型的DYNASERV驅(qū)動器可以提供在線增益調(diào)試和共振濾波。馬達中空獨特設(shè)計不但減輕了自身慣量，也給客戶提供了更多的安裝形式。組合后的機械結(jié)構(gòu)會更加緊湊，使用效率比較其他方式最高。 DD馬達的相對轉(zhuǎn)速比較低，額定轉(zhuǎn)速基本在60rpm～240rpm之間，但是這里的轉(zhuǎn)速是最終在轉(zhuǎn)臺上的轉(zhuǎn)速，相對比普通伺服+減速機的構(gòu)架，在最終轉(zhuǎn)速上也是非常有優(yōu)勢。在保持轉(zhuǎn)速的同時DD馬達保持了高的輸出扭力，由于采用永磁定子，因此在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)橫河DD馬達的扭力輸出曲線能夠保持平滑線性特性（圖3）。 橫河的GIII驅(qū)動器采用了I-PD控制方式，同樣帶寬的電流環(huán)，采用I-PD控制的GIII驅(qū)動器達到10Hz帶寬的位置環(huán)，與傳統(tǒng)的PID控制方式相比，減小了2.5倍的速度帶寬。這個特點決定了馬達的高剛性（位置帶寬）。 在應(yīng)用上，橫河DDM產(chǎn)品也是處于最先進地位，涉及領(lǐng)域有不干膠印刷機行業(yè)、LCD生產(chǎn)線、DVD/CVD生產(chǎn)設(shè)備、IC檢測設(shè)備、半導(dǎo)體制造設(shè)備、電子制造設(shè)備等產(chǎn)業(yè)機械的多個領(lǐng)域。 不干膠商標印刷機采用平壓式結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要完成工藝：送紙，印刷（二次套?。瑝和?，燙金，裁切或收卷，計數(shù)。印刷速度為60-180次/分鐘。一次印刷測定值<0.03，二次套印測定值<0.035。（統(tǒng)計值）。DD馬達主要用于驅(qū)動輥的拖動，由控制原理圖5所視，1次印刷時單軸控制器 SPC007控制DD馬達的行走長度和速度，印版上下印色；二次套印時，色標傳感器掃描Mark點，通知SPC007以追Mark模式控制DD運動，印版上下套色。行走距離和速度的設(shè)定可由上位指撥開關(guān)或人機界面來完成。比較舊型機種，節(jié)省了人力，尤其針對套色問題，完全是由控制器來完成。避免了機械誤差所造成經(jīng)常作機械調(diào)整的工作，大大提高了工作效率。并且維護簡單，設(shè)備安全性好。 橫河DD馬達最大的行業(yè)應(yīng)用是LCD、半導(dǎo)體關(guān)產(chǎn)業(yè)，圖6是在劃片機的應(yīng)用，圖7是在IC分揀機的應(yīng)用，同樣也用到了DD馬達的高精度，高剛性以及直接連接結(jié)構(gòu)簡單，精度壽命長便于維護等特點，目前在國內(nèi)有比較大的市場。 3 新一代智能伺服產(chǎn)品 智能化是指伺服產(chǎn)品可以做智能地驅(qū)動和控制。驅(qū)動器的驅(qū)動能力、控制效果、編程再開發(fā)性以及和上位控制系統(tǒng)信息通訊開放程度是衡量該驅(qū)動產(chǎn)品智能化的基本指標。從模擬式的可控硅驅(qū)動電路搭接的簡易模塊到現(xiàn)在全數(shù)字式的交流驅(qū)動器，短短十幾年的時間驅(qū)動器的革新從未停下腳步。下面通過對以色列elmo驅(qū)動器的介紹讓國內(nèi)更多人熟悉世界上最先進的發(fā)展方向。 Elmo的驅(qū)動器在設(shè)計上強調(diào)“主動”的觀念，采用自主開發(fā)的芯片電路，使整個處理過程始終保持在平穩(wěn)的過渡中。對比傳統(tǒng)的RC“被動”的轉(zhuǎn)換方式，啟動和關(guān)斷時電流沖擊和損失將大大降低，可以實現(xiàn)非常低的EMI。Elmo所生產(chǎn)的各種驅(qū)動器（用MOSFET 還是 IGBT的驅(qū)動器），均可實現(xiàn)快速有效的功率轉(zhuǎn)換，能耗損失不超過3%。在能量消耗方面Elmo公司提出了熱能管理的觀念，強調(diào)能耗低損失的同時，熱能也可以得到有效的釋放。其獨有的陶瓷貼裝的散熱技術(shù)，可保證100%的熱量導(dǎo)出。 為了快速，強有力的融合馬達和驅(qū)動器，Elmo公司推出了SimplIQ技術(shù)（圖8），具有多種反饋選擇編程能力，和標準的信號監(jiān)測技術(shù)，優(yōu)良的運動控制技術(shù)，簡化了控制過程，使機器在理想狀態(tài)下工作。Elmo驅(qū)動器擁有獨特的高級位置控制功能包括點到點運動、PT（位置時間表）、PVT（位置速度時間）、ECAM（電子凸輪）、位置跟隨脈沖輸入、雙回路、快速事件捕捉、快速輸出比較[OC]、事件捕捉式中斷、事件觸發(fā)式編程等。同時在在高級濾波和增益預(yù)定模式下Elmo驅(qū)動器也是獨特設(shè)計，包括非工作狀態(tài)下的速度和電流增益設(shè)定、速度位置的PIP控制、自動整流調(diào)制、自動電機相位排序等。通訊方式支持RS-232、CANopen DS-301,DS-402。 Elmo的控制器Maestro是一款基于網(wǎng)絡(luò)的多軸運動控制器和監(jiān)控器（圖9），通過它配合Elmo自己的智能型驅(qū)動器使用，可以完成許多復(fù)雜的多軸運動控制。用Masetro和SimpleIQ驅(qū)動器所構(gòu)建的運動控制網(wǎng)絡(luò)是基于分布式運動控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。同時支持同步運動控制、順序運動控制、多軸運動記錄和分析工具、多軸應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)。通過直接訪問以太網(wǎng)完成各軸的調(diào)整、監(jiān)控和通常的分析。 [align=center] [/align] 在航天、醫(yī)療、包裝等產(chǎn)業(yè)機械，Elmo驅(qū)動器由于其自身特點，也得到了廣泛的應(yīng)用。 [align=center] 圖10 Elmo驅(qū)動器在印刷機的應(yīng)用[/align] 圖10中兩個Elmo驅(qū)動器輔助反饋相連結(jié)，從軸跟隨主軸，完成ECAM功能，不需要控制器，就可以完成需要的運動控制。 圖11為繞線機的應(yīng)用，其中一臺跟隨編碼器，完成ECAM功能，另兩臺驅(qū)動器有一臺作為主，另一臺作為從，完成ECAM功能，因此在不需要控制器的情況下就可以完成繞線機的運動控制。 4 結(jié)論 精準的定位和智能控制今后還會向深入的方向發(fā)展，機電一體化的結(jié)構(gòu)革命和驅(qū)動與控制的相互滲透在今后的幾年中將成為主導(dǎo)市場的新的趨勢。天津羅升企業(yè)有限公司也一直在致力于此發(fā)展方向，推進國內(nèi)工業(yè)運動控制先進先進產(chǎn)品引入與推廣，逐漸國內(nèi)也將會有部分產(chǎn)品（電機驅(qū)動方面）接近國際的先進水平，在世界領(lǐng)域占有一席之地。 參考文獻 [1] 葛鎖良，劉文慰。 基于模糊控制的交流伺服系統(tǒng)的設(shè)計.。東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） 2006年S1期。 [2] 李軍紅，陳潮填，唐忠平. 交流永磁同步電機伺服系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制。 《微特電機》 2006年第一期 第32卷。 [3] 胡慶波，胡海兵，呂征宇. 基于交流永磁同步電機的全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，電源技術(shù)應(yīng)用，2006年5月19日 [4] Feng L L, Moyne J R，Tilbury D M．Performance Evaluation of Control Networks： Ethernet，Control Net，and Device Net[J]．IEEE Control System Magazine，2006，21（1）:66-83 [5] TM Jahnsm, WLSoong.　Pulsating Torque Minimitation Techniques for Permanent Magnet AC Drives-A Review IEETrans[J]. on Industrial Electronics,2006,IE-43（2）:321-330 [6] Yokogawa Electric Corporation. Direct Driver Motor Intelligent Driver Technical Information 作者簡介: 趙琦, 男,1981-,漢族 天津羅升企業(yè)有限公司 伺服產(chǎn)品處