現(xiàn)代電機(jī)控制理論發(fā)展使機(jī)床數(shù)控伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交流化今攀、數(shù)字化题篷、智能化機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中壮煎，常用的伺服電機(jī)和控制系統(tǒng)有:
(一)開環(huán)控制系統(tǒng)
采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動器件玉转，無須位置和速度檢測器件盹斟，也沒有反饋電路徘熔，控制電路簡單糖驴，價格低廉洪唐。步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于它的脈沖控制钻蹬，正是這個特點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合凭需。不過步進(jìn)電機(jī)在控制的精度问欠、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的直流伺服電動機(jī)粒蜈。在精度不是需要特別高的場合就可以使用步進(jìn)電機(jī)顺献，步進(jìn)電機(jī)可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點(diǎn)枯怖。
(二)半閉環(huán)和閉環(huán)位置控制系統(tǒng)
采用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動部件灭西，可以采用內(nèi)裝于電機(jī)內(nèi)的脈沖編碼器，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機(jī)作為位置/速度檢測器件來構(gòu)成半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)掘楔，也可以采用直接安裝在工作臺的光柵或感應(yīng)同步器作為位置檢測器件弹爱，來構(gòu)成高精度的全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。
70年代猩镰，美國GATTYS公司發(fā)明了機(jī)床用直流力矩伺服電機(jī)芹倔，從此各國數(shù)控機(jī)床開始大量采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動演避。開環(huán)系統(tǒng)逐漸由閉環(huán)系統(tǒng)取代。以直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動器件的直流伺服系統(tǒng)威脯，控制電路比較簡單偶咸，價格較低。其主要缺點(diǎn)是直流伺服電機(jī)內(nèi)部有機(jī)械換向裝置跨略，碳刷易磨損殊泼，維修工作量大，運(yùn)行時易起火花烁犀，給電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率的提高帶來較大的困難码日。交流異步電機(jī)雖然價格便宜、結(jié)構(gòu)簡單视搏，但早期由于控制性能差审孽，所以很長時間沒有在數(shù)控系統(tǒng)上得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)和現(xiàn)代電機(jī)控制理論的發(fā)展浑娜，1971年佑力，德國西門子的Blaschke發(fā)明了交流異步機(jī)的矢量控制法;1980年，德國人Leonhard為首的研究小組在應(yīng)用微處理器的矢量控制的研究中取得進(jìn)展筋遭，使矢量控制實(shí)用化打颤。從70年代末，數(shù)控機(jī)床逐漸采用異步電機(jī)為主軸驅(qū)動電機(jī)漓滔。
如果把直流電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行“里翻外”的處理编饺，即把電樞繞組裝在定子，轉(zhuǎn)子為永磁部分响驴，并以轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置控制電子開關(guān)進(jìn)行電子換相透且，這就構(gòu)成了永磁無刷直流電機(jī)。這種交流伺服電機(jī)具有良好的伺服性能踏施。從80年代開始石蔗，逐漸應(yīng)用在數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給驅(qū)動裝置上。交流伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動器件徒锄，可以和直流伺服電機(jī)一樣構(gòu)成高精度轮拼、高性能的半閉環(huán)或全閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于交流伺服電機(jī)內(nèi)是無刷結(jié)構(gòu)安芋，幾乎不需維修才延，體積相對較小，有利于轉(zhuǎn)速和功率的提高售芳。目前交流伺服系統(tǒng)已在很大范圍內(nèi)取代了直流伺服系統(tǒng)陈园。在當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)中，伺服技術(shù)取得的突破可以歸結(jié)為:交流伺服取代直流伺服、數(shù)字控制取代模擬控制湘志、或者把它稱為軟件控制取代硬件控制备秋。這兩種突破的結(jié)果產(chǎn)生了交流數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)，應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給和主軸裝置上羽抒。由于電力電子技術(shù)及控制理論聂祈、微處理器等微電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟件運(yùn)算及處理能力的提高蝶锋，采用高速微處理器和專用數(shù)字信號處理器(DSP-DigitalSignalProcessor)的全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)出現(xiàn)后陆爽，使系統(tǒng)的計算速度大大提高，采樣時間大大減少扳缕。原來的硬件伺服控制變?yōu)檐浖欧刂苹疟眨恍┈F(xiàn)代控制理論中的先進(jìn)算法得到實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而大大地提高了伺服系統(tǒng)的性能躯舔，例如OSP-U10/U100網(wǎng)絡(luò)式數(shù)控系統(tǒng)的伺服控制環(huán)就是一種高性能的伺服控制網(wǎng)驴剔，它對進(jìn)行自律控制的各個伺服裝置和部件實(shí)現(xiàn)了分散配置，網(wǎng)絡(luò)連接庸毫，進(jìn)一步發(fā)揮了它對機(jī)床的控制能力和通信速度仔拟。這些技術(shù)的突破，使伺服系統(tǒng)性能改善飒赃、可靠性提高、調(diào)試方便科侈、柔性增強(qiáng)载佳，大大推動了高精高速加工技術(shù)的發(fā)展。
采用狀態(tài)觀察器和卡爾曼濾波器可以進(jìn)行電動機(jī)參數(shù)的在線辨識;采用滑模變結(jié)構(gòu)控制可增強(qiáng)電動機(jī)控制系統(tǒng)的魯棒性臀栈。如能將各種智能控制理論有機(jī)地結(jié)合起來蔫慧，必將開創(chuàng)交流伺服控制的新天地。如模糊控制和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制都不需要精確的對象模型和參數(shù)岭蚜，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性脯阔。
傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展也極大地提高了交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能和定位精度。普遍采用的霍爾傳感器具有小于1µs的響應(yīng)時間孝揉。交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一般選用無刷旋轉(zhuǎn)變壓器摇值、混合型的光電編碼器和絕對值編碼器作為位置、速度傳感器垃批。隨著它們的轉(zhuǎn)速茫步、分辨率的不斷提高，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)枢竟、調(diào)速范圍以及低速性能也相應(yīng)提高拿豺。傳統(tǒng)的具有A、B(兩相信號的編碼器，由于它不能兼顧分辨率和高速度咱缭，且信號線太多挂悲，從而影響了高精度、高速度的伺服系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)俊戳。而新型的編碼器則克服了上述缺點(diǎn)彬祖，如日本FANUC公司生產(chǎn)的脈沖編碼器(絕對型)，由于它將來自正余弦信號的角度轉(zhuǎn)化成數(shù)字量品抽，使它具有4000r/min的高速以及高達(dá)1000000p/r或65536p/r的分辨率储笑。另外，伺服電動機(jī)本身也在向高速方向 |
