精准与智能化--伺服驱动产品的新突破
日期：2007-10-9 0:06:22 来源：佳工机电网
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关键字：伺服 罗升 横河DD ELMO 智能
前言
近几年，国内的工业自动化领域呈现出飞速发展的态势，国外的先进技术迅速得到引入和普及化地推广，其中作为驱动方面的重要代表产品的伺服已被广大用户所接受，在机器革新中起到了至关重要的作用。精准的驱动效果和智能化的运动控制通过伺服产品可以完美的实现机器的高效自动化，这两方面也成为伺服发展的重要指标。
1 伺服系统介绍
伺服驱动技术是数控技术的重要组成部分。与数控装置相配合，伺服系统的静态和动态特性直接影响机床的位移速度，定位精度和加工精度。现在，直流伺服系统被交流数字伺服系统所取代；伺服电机的位置，速度及电流环都实现了数字化；并采用了新的控制理论，实现了不受机械负荷变动影响的高速响应系统（图1）。
图1 半闭环伺服控制
a．前馈控制技术。过去的伺服系统，是把检测器信号与位置指令的差值乘以位置环增益作为速度指令。这种控制方式总是存在着跟踪滞后误差，这使得在加工拐角及圆弧时加工精度恶化。所谓前馈控制，就是在原来的控制系统上加上
速度指令的控制方式，这样使伺服系统的跟踪滞后误差大大减小。
b．机械静止摩擦的非线性控制技术。对于一些具有较大静止摩擦的数控机床，新型数字伺服系统具有补偿机床驱动系统静摩擦的非线性控制功能。
c．伺服系统的位置环和速度环（包括电流环）均采用软件控制，如数字调解和矢量控制等。为适应不同类型的机床，不同精度和不同速度要术，预先调整加、减速性能。
d．采用高分辨的位置检测装置。如高分辨率的脉冲编码器，内有微处理器组成的细分电路，使得分辨率大大提高，增量位置检测为10000 p/r（脉冲数/每转）以上；绝对位置检测为1000000 p/r以上。
e． 补偿技术得到了发展和应用。现代数控系统都具有补偿功能，可以对伺服系统进行多种补偿，如丝杠螺距误差补偿，齿侧间隙补偿、轴向运动误差补偿、空间误差补偿和热变形补偿等。
2 新一代精准伺服产品
所谓精准，是指通过伺服驱动后所达到执行效果和目标设定的一致程度高，控制精密性好。要达成这样的结果需要在执行装置（电机）和驱动装置（驱动器）上做到针对性地设计和制造。
日本横河公司的DDM产品是具有这样特性的非常典型的产品。
以下就3个方面对DD马达进行介绍
图2 DD马达与伺服+减速机构架比较
其次，高解析度和高定位精度。DYNASERV DD马达选配的编码器分辨率很高，DM1B-045的解析度为655,360PPR（DM-A系列 达到4096000PPR），电器控制精度高，已经超过普通伺服的控制精度1个数量级。由于制作相当精密，最终的精度控制一般可以达到2秒以内。
第三，高刚性，结构紧凑，使用效率高。DD 马达的刚性很强，与负载结合后特性很硬，对于其驱动器要求更高。最新型的DYNASERV驱动器可以提供在线增益调试和共振滤波。马达中空独特设计不但减轻了自身惯量，也给客户提供了更多的安装形式。组合后的机械结构会更加紧凑，使用效率比较其他方式最高。
DD马达的相对转速比较低，额定转速基本在60rpm~240rpm之间，但是这里的转速是最终在转台上的转速，相对比普通伺服+减速机的构架，在最终转速上也是非常有优势。在保持转速的同时DD马达保持了高的输出扭力，由于采用永磁定子，因此在额定转速内横河DD马达的扭力输出曲线能够保持平滑线性特性（图3）。
摘要：伺服驱动产品已经被广泛应用在机床行业，数控加工行业。文章简要介绍新一代伺服发展的方向，并详细论述新一代伺服产品特点，提出了新一代伺服产品由于其功能特点必然会受到广泛的应用。文章同时介绍天津罗升企业有限公司所推广的智能伺服驱动器ELMO与精密直接驱动马达横河DD马达。
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前言
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近几年，国内的工业自动化领域呈现出飞速发展的态势，国外的先进技术迅速得到引入和普及化地推广，其中作为驱动方面的重要代表产品的伺服已被广大用户所接受，在机器革新中起到了至关重要的作用。精准的驱动效果和智能化的运动控制通过伺服产品可以完美的实现机器的高效自动化，这两方面也成为伺服发展的重要指标。
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1 伺服系统介绍
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伺服驱动技术是数控技术的重要组成部分。与数控装置相配合，伺服系统的静态和动态特性直接影响机床的位移速度，定位精度和加工精度。现在，直流伺服系统被交流数字伺服系统所取代；伺服电机的位置，速度及电流环都实现了数字化；并采用了新的控制理论，实现了不受机械负荷变动影响的高速响应系统（图1）。
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图1 半闭环伺服控制
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其主要新发展的技术有：
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a．前馈控制技术。过去的伺服系统，是把检测器信号与位置指令的差值乘以位置环增益作为速度指令。这种控制方式总是存在着跟踪滞后误差，这使得在加工拐角及圆弧时加工精度恶化。所谓前馈控制，就是在原来的控制系统上加上
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速度指令的控制方式，这样使伺服系统的跟踪滞后误差大大减小。
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b．机械静止摩擦的非线性控制技术。对于一些具有较大静止摩擦的数控机床，新型数字伺服系统具有补偿机床驱动系统静摩擦的非线性控制功能。
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c．伺服系统的位置环和速度环（包括电流环）均采用软件控制，如数字调解和矢量控制等。为适应不同类型的机床，不同精度和不同速度要术，预先调整加、减速性能。
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d．采用高分辨的位置检测装置。如高分辨率的脉冲编码器，内有微处理器组成的细分电路，使得分辨率大大提高，增量位置检测为10000 p/r（脉冲数/每转）以上；绝对位置检测为1000000 p/r以上。
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e． 补偿技术得到了发展和应用。现代数控系统都具有补偿功能，可以对伺服系统进行多种补偿，如丝杠螺距误差补偿，齿侧间隙补偿、轴向运动误差补偿、空间误差补偿和热变形补偿等。
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2 新一代精准伺服产品
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所谓精准，是指通过伺服驱动后所达到执行效果和目标设定的一致程度高，控制精密性好。要达成这样的结果需要在执行装置（电机）和驱动装置（驱动器）上做到针对性地设计和制造。
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日本横河公司的DDM产品是具有这样特性的非常典型的产品。
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以下就3个方面对DD马达进行介绍
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图2 DD马达与伺服+减速机构架比较
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首先，间隙误差被消除。普通的传动机构由于有减速机、联轴器、齿轮、皮带或丝杠等中间环节，间隙误差是肯定无法避免的，尤其是对于长时间运转所造成的机械磨损更是无法补偿。DD马达恰恰能很好的解决以上的问题，由于DD直接驱动的安装方式（图2），误差被减为最少；而且它的伺服特性也可以随时修正误差，达到最理想的控制精度。
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其次，高解析度和高定位精度。DYNASERV DD马达选配的编码器分辨率很高，DM1B-045的解析度为655,360PPR（DM-A系列 达到4096000PPR），电器控制精度高，已经超过普通伺服的控制精度1个数量级。由于制作相当精密，最终的精度控制一般可以达到2秒以内。
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第三，高刚性，结构紧凑，使用效率高。DD 马达的刚性很强，与负载结合后特性很硬，对于其驱动器要求更高。最新型的DYNASERV驱动器可以提供在线增益调试和共振滤波。马达中空独特设计不但减轻了自身惯量，也给客户提供了更多的安装形式。组合后的机械结构会更加紧凑，使用效率比较其他方式最高。
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DD马达的相对转速比较低，额定转速基本在60rpm~240rpm之间，但是这里的转速是最终在转台上的转速，相对比普通伺服+减速机的构架，在最终转速上也是非常有优势。在保持转速的同时DD马达保持了高的输出扭力，由于采用永磁定子，因此在额定转速内横河DD马达的扭力输出曲线能够保持平滑线性特性（图3）。
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