1.引言 

 
隨著計算機電子電力和傳感器技術的發(fā)展，各先進國家機電一體化產(chǎn)品層出不窮。機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業(yè)機器人、智能機器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新的進展。機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。 

在機電一體化技術迅速發(fā)展的同時，運動控制技術作為其關鍵組成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，各廠家相繼推出運動控制的新技術、新產(chǎn)品。本文主要介紹全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動（Full Closed AC Servo）、直線電機驅(qū)動（Linear Motor Driving）、可編程序計算機控制器（Programmable Computer Controller，PCC）等幾項具有代表性的新技術。 

　 

2.全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術 



在一些定位精度或動態(tài)響應要求比較高的機電一體化產(chǎn)品中，廣泛使用數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。這種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動器對電機軸后端部的光電編碼器進行位置采樣，在驅(qū)動器和電機之間構(gòu)成位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng)。位置控制分辨高，可靠性好。 


通常帶位置環(huán)的伺服系統(tǒng)，位置環(huán)的反饋采樣取自伺服電機的編碼器，對于傳動鏈上的間隙及誤差還不能補償克服，只能形成半閉環(huán)的位置控制系統(tǒng)。松下公司新近推出了一種更完善、可以實現(xiàn)更高精度的全閉環(huán)全數(shù)字式伺服系統(tǒng)，其控制原理如圖1所示。 
                                                            
該系統(tǒng)克服了上述半閉環(huán)系統(tǒng)的缺陷，位置環(huán)的采樣可以直接采自裝在最后一級機械上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等)，而電機上的編碼器此時僅作為速度環(huán)的反饋，這樣就可以消除機械上存在的一切間隙，并且該伺服系統(tǒng)還可以對機械傳動上出現(xiàn)的誤差進行補償，達到真正全閉環(huán)的功能，實現(xiàn)高精度的位置控制。而且這種全閉環(huán)控制均由驅(qū)動器來完成，無需增加上位控制器的負擔。 

由于采用全閉環(huán)交流伺服系統(tǒng)能獲得極高的定位精度，而不需增加上位控制系統(tǒng)的復雜程度。所以它廣泛應用于數(shù)控機床、臺鉆機等高精度數(shù)控設備。 

3.直線電機驅(qū)動技術 

直線電動機在機床進給伺服系統(tǒng)中的應用，近幾年來已在世界機床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達地區(qū)掀起“直線電動機熱”。 

在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與原旋轉(zhuǎn)電動機傳動的最大區(qū) 

別是取消了從電動機到工作臺（拖板）之間的一切機械中間傳動環(huán)節(jié)，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零。這種傳動方式被稱為“零傳動”。正由于這種“零傳動”方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動方式無法達到的性能指標和一定優(yōu)點。 

（1） 高速響應 由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應時間常數(shù)較大的如絲杠等機械傳動件，使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷。 

（2） 精度 直線驅(qū)動系統(tǒng)取消了由于絲杠等機械機構(gòu)引起的傳動誤差減少了插補時因傳動系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。 

（3） 動剛度高 由于“直接驅(qū)動”，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現(xiàn)象，同時提高了其傳動剛度。 

（4）速度快、加減速過程短 由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車（時速可達500Km/h），所以用在機床進給驅(qū)動中，要滿足其超高速切削的最大進個速度（要求達60～100M/min或更高）當然是沒有問題的。也由于上述零傳動的高速響應性，使其加減速過程大大縮短。以實現(xiàn)起動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停?？色@得較高的加速度，一般可達（2～10）g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度只有（0.1～0.5）g. 

（5）行程長度不受限制 在導軌上通過串聯(lián)直線電機，就可以無限延長其行程長度。 

（6） 動安靜、噪音低 由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。 

（7） 效率高 由于無中間傳動環(huán)節(jié)，消除了機械摩擦時的能量損耗?？茽柲Ω鵓LATINNM DDL系列直線電機和SERVOSTAR CD系列數(shù)字伺服放大器構(gòu)成一種典型的直線永磁伺服系統(tǒng)，它能提供很高的動態(tài)響應速度和加速度、極高的剛度、高的定位精度和平滑的無差運動。 

4.可編程計算機控制器技術 

自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器PLC問世以來，PLC控制技術已走過了30年的發(fā)展歷程，尤其是隨著近代計算機技術和微電子技術的發(fā)展，它已在軟硬件技術方面遠遠走出了當初的“順序控制”的雛形階段?？删幊逃嬎銠C控制器（PCC）就是代表這一發(fā)展趨勢的新一代可編程控制器。 

與常規(guī)的PLC相比較，PCC最大的特點在于其類似于大型計算機的分時多任務操作系統(tǒng)和多樣化的應用軟件的設計。常規(guī)的PLC大多采用單任務的時鐘掃描或監(jiān)控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態(tài)采集與刷新。這樣處理，直接導致了真正意義上的“控制速度”依賴于應用程序的大小，這一結(jié)果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統(tǒng)軟件完美地解決了這一問題，它采用分時多任務機制構(gòu)筑其應用軟件的運行平臺，這樣應用程序的運行周期則與程序長短無關，而是由操作系統(tǒng)的循環(huán)周期決定。由此，它將應用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區(qū)別開來，滿足了真正實時控制的要求。當然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意修改。 

基于這樣的操作系統(tǒng)，PCC的應用程序由多任務模塊構(gòu)成，給項目應用軟件的開發(fā)帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運動控制、數(shù)據(jù)采集，報警，PID調(diào)節(jié)運算，通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務），這些模塊既獨立運行，數(shù)據(jù)間又保持一定的相互關聯(lián)，這些模塊經(jīng)過分步驟的獨立編制和調(diào)試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下并行運行，共同實現(xiàn)項目的控制要求。 

PCC在工業(yè)控制中強大的功能優(yōu)勢，體現(xiàn)了可編程控制器與工業(yè)控制計算機及DCS（分布式工業(yè)控制系統(tǒng)）技術互相融合的發(fā)展潮流，雖然這還是一項較為年輕的技術，但在其越來越多的應用領域中，它正日益顯示出不可低估的發(fā)展?jié)摿Α?nbsp;

5.結(jié)束語 

科學技術的迅猛發(fā)展，特別是計算機技術和微電子技術的發(fā)展，促使運動控制技術不斷進步，這必將使我國的機電一體化技術水平不斷提高。