2软件伺服驱动技术 伺服技术是数控系统的重要组成部分。广义上说,采用计算机控制,控制算法采用软件的伺 服装置称为软件伺服″。它有以下优点:(1)无温漂,稳定性好。(2)基于数值计算,精度高。(3) 通过参数对设定,调整减少。(4)容易做成ASIC电路。70年代,美国 GATTYS公司发明了直流 力矩伺服电机,从此开始大量采用直流电机驱动。开环的系统逐渐由闭环的系统取代。但直流电 机存在以下缺点:(1)电动机容量、最高转速、环境条件受到限制:(2)换向器、电刷维护不方便。 交流异步电机虽然价格便宜、结构简单,但早期由於控制性能差,所以很长时间没有在数控系统 上得到应用。随着电力电子技术的发展,1971年,德国西门子的 Blaschke发明了交流异步机的 矢量控制法;1980年,德国人 Leonhard为首的研究小组在应用微理器的矢量控制的研究中取 得进展,使矢量控制实用化。从70年代末,数控机床逐渐采用异步电机为主轴的驱动电机。如 果把直流电机进行ν里翻外〃的处理,即把电驱绕组装在定子,转子为永磁部分,由转子轴上的编 码器测出磁极位置,这就构成了永磁无刷电机。这种电机具有良好的伺服性能。从80年代开始, 逐渐应用在数控系统的进给驱动装置上。为了实现更高的加工精度和速度,90年代,许多公司 又研制了直线电机。它由两个非接触元件组成,即磁板和线卷滑座:电磁力直接作用于移动的元 件而无需机楲连接,没有机械滞后或螺距周期误差,精度完全依赖于直线反馈系统和分级的支承, 由全数字伺服驱动,刚性高,频响好,因而可获得高速度。但由于它的推力还不够大,发热,漏 磁及造价也影响了它的广一泛应用。对现代数控系统,伺服技术取得的最大突破可以归结为:交 流驱动取代直流驱动、数字控制取代模拟控制、或者把它称为软件控制取代硬件控制。这两种突 破的结果产生了交流数字驱动系统,应用在数控机床的伺服进给和主轴装置。由于电力电子技术 及控制理论、微处理器等微电子技术的快速发展,软件运算及处理能力的提高,特别是DSP的 应用,使系统的计算速度大大提高,采样时间大大减少。这些技术的突破,使伺服系统性能改善 可靠性提高、调试方便、柔性增强。大大推动了高精高速加工技术的发展。 3CNC系统的连网 数控系统从控制单台机床到控制多台机床的分级式控制需要网络进行通信:网络的主要任务是 进行通信,共享信息。这种通信通常分三级:(1)工厂管理级。一般由以太网组成。(2)车间单元 控制级。一般由DNC功能进行控制。通过DNC功能形成网络可以实现对零件程序的上传或F 传:读、写CNC的数据:PLC数据的传送;存贮器操作控制:系统状态采集和远程控制等。更 高档次的DNC还可以对CAD/ CAM/CAPP以及CNC的程序进行传送和分级管理。CNC与通信网 络连系在一起还可以传递维修数据,使用户与NC生产厂直接通信:进而,把制造厂家连系一起, 构成虚拟制造网络。(3)现场设备级。现场级与车间单元控制级及信息集成系统主要完成底层设 备单机及工/0控制、连线控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设备生产、运行数据的采 集、存储、统计等功能,保证现场设备高质量完成生产任务,并将现场设备生产运行数据信息传 送到工厂管理层,向工厂级提供数据。同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执 行之。因此,现场级与车间级是实现工厂自动化及CIMS系统的基础。传统的现场级大多是基于 PLC的分布式系统。其主要特点是现场层设备与控制器之间的连接是一对一,即一个I0点对设 备的一个测控点。所谓工/0接线方式为传递420ma(模拟量信息)或24Dc(开关量信息)。这 种系统的缺点是:信息集成能力不强、系统不开放、可集成性差、专业性不强、可靠性不易保证 可维护性不高。现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点,用 总线相连接,实现相互交换信息,共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。因此,现场总 线是面向:f厂底层自动化及信息集成的数字网络技术。现场总线技术的主要特点为:它是数控 系统通信向现场级的延伸、数字化通信取代4-20ma模拟信号、应用现场总线技术,要求现场 设备智能化(可编程或可参数化):它集现场设备的远程控制、参数化及故障诊断为一体:由于现2 软件伺服驱动技术 伺服技术是数控系统的重要组成部分。广义上说，采用计算机控制，控制算法采用软件的伺 服装置称为“软件伺服”。它有以下优点：(1)无温漂，稳定性好。(2)基于数值计算，精度高。(3) 通过参数对设定，调整减少。(4)容易做成 ASIC 电路。70 年代，美国 GATTYS 公司发明了直流 力矩伺服电机，从此开始大量采用直流电机驱动。开环的系统逐渐由闭环的系统取代。但直流电 机存在以下缺点：(1)电动机容量、最高转速、环境条件受到限制；(2)换向器、电刷维护不方便。 交流异步电机虽然价格便宜、结构简单，但早期由於控制性能差，所以很长时间没有在数控系统 上得到应用。随着电力电子技术的发展，1971 年，德国西门子的 Blaschke 发明了交流异步机的 矢量控制法；1980 年，德国人 Leonhard 为首的研究小组在应用微理器的矢量控制的研究中取 得进展，使矢量控制实用化。从 70 年代末，·数控机床逐渐采用异步电机为主轴的驱动电机。如 果把直流电机进行“里翻外”的处理，即把电驱绕组装在定子，转子为永磁部分，由转子轴上的编 码器测出磁极位置，这就构成了永磁无刷电机。这种电机具有良好的伺服性能。从 80 年代开始， 逐渐应用在数控系统的进给驱动装置上。为了实现更高的加工精度和速度，90 年代，许多公司 又研制了直线电机。它由两个非接触元件组成，即磁板和线卷滑座：电磁力直接作用于移动的元 件而无需机械连接，没有机械滞后或螺距周期误差，精度完全依赖于直线反馈系统和分级的支承， 由全数字伺服驱动，刚性高，频响好，因而可获得高速度。但由于它的推力还不够大，发热，漏 磁及造价也影响了它的广—泛应用。对现代数控系统，伺服技术取得的最大突破可以归结为：交 流驱动取代直流驱动、数字控制取代模拟控制、或者把它称为软件控制取代硬件控制。这两种突 破的结果产生了交流数字驱动系统，应用在数控机床的伺服进给和主轴装置。由于电力电子技术 及控制理论、微处理器等微电子技术的快速发展，软件运算及处理能力的提高，特别是 DSP 的 应用，使系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。这些技术的突破，使伺服系统性能改善、 可靠性提高、调试方便、柔性增强。大大推动了高精高速加工技术的发展。 3 CNC 系统的连网 数控系统从控制单台机床到控制多台机床的分级式控制需要网络进行通信；网络的主要任务是 进行通信，共享信息。这种通信通常分三级：(1)工厂管理级。一般由以太网组成。(2)车间单元 控制级。一般由 DNC 功能进行控制。通过 DNC 功能形成网络可以实现对零件程序的上传或·F 传：读、写 CNC 的数据： PLC 数据的传送；存贮器操作控制；系统状态采集和远程控制等。更 高档次的 DNC 还可以对 CAD／CAM/CAPP 以及 CNC 的程序进行传送和分级管理。CNC 与通信网 络连系在一起还可以传递维修数据，使用户与 NC 生产厂直接通信：进而，把制造厂家连系一起， 构成虚拟制造网络。(3)现场设备级。现场级与车间单元控制级及信息集成系统主要完成底层设 备单机及工／0 控制、连线控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设备生产、运行数据的采 集、存储、统计等功能，保证现场设备高质量完成生产任务，并将现场设备生产运行数据信息传 送到工厂管理层，向工厂级提供数据。同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执 行之。因此，现场级与车间级是实现工厂自动化及 CIMS 系统的基础。传统的现场级大多是基于 PLC 的分布式系统。其主要特点是现场层设备与控制器之间的连接是一对一，即一个 I/0 点对设 备的一个测控点。所谓工／0 接线方式为传递 4—20ma(模拟量信息)或 24VDC(开关量信息)。这 种系统的缺点是：信息集成能力不强、系统不开放、可集成性差、专业性不强、可靠性不易保证、 可维护性不高。现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用 总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。因此，现场总 线是面向：f 厂底层自动化及信息集成的数字网络技术。现场总线技术的主要特点为：它是数控 系统通信向现场级的延伸、数字化通信取代 4—20ma 模拟信号、应用现场总线技术，要求现场 设备智能化(可编程或可参数化)：它集现场设备的远程控制、参数化及故障诊断为一体：由于现