摘要：伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在機(jī)床行業(yè)，數(shù)控加工行業(yè)。文章簡(jiǎn)要介紹新一代伺服發(fā)展的方向，并詳細(xì)論述新一代伺服產(chǎn)品特點(diǎn)，提出了新一代伺服產(chǎn)品由于其功能特點(diǎn)必然會(huì)受到廣泛的應(yīng)用。文章同時(shí)介紹天津羅升企業(yè)有限公司所推廣的智能伺服驅(qū)動(dòng)器ELMO與精密直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)橫河DD馬達(dá)。 關(guān)鍵字：DD馬達(dá), Elmo伺服,精準(zhǔn),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(guó)內(nèi)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)迅速得到引入和普及化地推廣，其中作為驅(qū)動(dòng)方面的重要代表產(chǎn)品的伺服已被廣大用戶所接受，在機(jī)器革新中起到了至關(guān)重要的作用。精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)效果和智能化的運(yùn)動(dòng)控制通過(guò)伺服產(chǎn)品可以完美的實(shí)現(xiàn)機(jī)器的高效自動(dòng)化，這兩方面也成為伺服發(fā)展的重要指標(biāo)。 1 伺服系統(tǒng)介紹 伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài) 特性直接影響機(jī)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(jī)的位置，速度及電流環(huán)都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化；并采用了新的控制理論，實(shí)現(xiàn)了不受機(jī)械負(fù)荷變動(dòng)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(guò)去的伺服系統(tǒng)，是把檢測(cè)器信號(hào)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(shí)加工精度惡化。所謂前饋控制，就是在原來(lái)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(jī)械靜止摩擦的非線性控制技術(shù)。對(duì)于一些具有較大靜止摩擦的數(shù)控機(jī)床，新型數(shù)字伺服系統(tǒng)具有補(bǔ)償機(jī)床驅(qū)動(dòng)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(jī)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(cè)裝置。如高分辨率的脈沖編碼器，內(nèi)有微處理器組成的細(xì)分電路，使得分辨率大大提高，增量位置檢測(cè)為10000 p/r（脈沖數(shù)/每轉(zhuǎn)）以上；絕對(duì)位置檢測(cè)為1000000 p/r以上。 e． 補(bǔ)償技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都具有補(bǔ)償功能，可以對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行多種補(bǔ)償，如絲杠螺距誤差補(bǔ)償，齒側(cè)間隙補(bǔ)償、軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、空間誤差補(bǔ)償和熱變形補(bǔ)償?shù)取? 2 新一代精準(zhǔn)伺服產(chǎn)品 所謂精準(zhǔn)，是指通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)后所達(dá)到執(zhí)行效果和目標(biāo)設(shè)定的一致程度高，控制精密性好。要達(dá)成這樣的結(jié)果需要在執(zhí)行裝置（電機(jī)）和驅(qū)動(dòng)裝置（驅(qū)動(dòng)器）上做到針對(duì)性地設(shè)計(jì)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(gè)方面對(duì)DD馬達(dá)進(jìn)行介紹 首先，間隙誤差被消除。普通的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于有減速機(jī)、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(wú)法避免的，尤其是對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)所造成的機(jī)械磨損更是無(wú)法補(bǔ)償。DD馬達(dá)恰恰能很好的解決以上的問(wèn)題，由于DD直接驅(qū)動(dòng)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(shí)修正誤差，達(dá)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(dá)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(dá)到4096000PPR），電器控制精度高，已經(jīng)超過(guò)普通伺服的控制精度1個(gè)數(shù)量級(jí)。由于制作相當(dāng)精密，最終的精度控制一般可以達(dá)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(dá)的剛性很強(qiáng)，與負(fù)載結(jié)合后特性很硬，對(duì)于其驅(qū)動(dòng)器要求更高。最新型的DYNASERV驅(qū)動(dòng)器可以提供在線增益調(diào)試和共振濾波。馬達(dá)中空獨(dú)特設(shè)計(jì)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(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)更加緊湊，使用效率比較其他方式最高。 DD馬達(dá)的相對(duì)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(tái)上的轉(zhuǎn)速，相對(duì)比普通伺服+減速機(jī)的構(gòu)架，在最終轉(zhuǎn)速上也是非常有優(yōu)勢(shì)。在保持轉(zhuǎn)速的同時(shí)DD馬達(dá)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(dá)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(dòng)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(dòng)器達(dá)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(gè)特點(diǎn)決定了馬達(dá)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(jìn)地位，涉及領(lǐng)域有不干膠印刷機(jī)行業(yè)、LCD生產(chǎn)線、DVD/CVD生產(chǎn)設(shè)備、IC檢測(cè)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(jī)械的多個(gè)領(lǐng)域。 不干膠商標(biāo)印刷機(jī)采用平壓式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要完成工藝：送紙，印刷（二次套?。瑝和?，燙金，裁切或收卷，計(jì)數(shù)。印刷速度為60-180次/分鐘。一次印刷測(cè)定值<0.03，二次套印測(cè)定值<0.035。（統(tǒng)計(jì)值）。DD馬達(dá)主要用于驅(qū)動(dòng)輥的拖動(dòng)，由控制原理圖5所視，1次印刷時(shí)單軸控制器 SPC007控制DD馬達(dá)的行走長(zhǎng)度和速度，印版上下印色；二次套印時(shí)，色標(biāo)傳感器掃描Mark點(diǎn)，通知SPC007以追Mark模式控制DD運(yùn)動(dòng)，印版上下套色。行走距離和速度的設(shè)定可由上位指撥開(kāi)關(guān)或人機(jī)界面來(lái)完成。比較舊型機(jī)種，節(jié)省了人力，尤其針對(duì)套色問(wèn)題，完全是由控制器來(lái)完成。避免了機(jī)械誤差所造成經(jīng)常作機(jī)械調(diào)整的工作，大大提高了工作效率。并且維護(hù)簡(jiǎn)單，設(shè)備安全性好。 橫河DD馬達(dá)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(jī)的應(yīng)用，圖7是在IC分揀機(jī)的應(yīng)用，同樣也用到了DD馬達(dá)的高精度，高剛性以及直接連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度壽命長(zhǎng)便于維護(hù)等特點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)有比較大的市場(chǎng)。 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(dòng)和控制。驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力、控制效果、編程再開(kāi)發(fā)性以及和上位控制系統(tǒng)信息通訊開(kāi)放程度是衡量該驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品智能化的基本指標(biāo)。從模擬式的可控硅驅(qū)動(dòng)電路搭接的簡(jiǎn)易模塊到現(xiàn)在全數(shù)字式的交流驅(qū)動(dòng)器，短短十幾年的時(shí)間驅(qū)動(dòng)器的革新從未停下腳步。下面通過(guò)對(duì)以色列elmo驅(qū)動(dòng)器的介紹讓國(guó)內(nèi)更多人熟悉世界上最先進(jìn)的發(fā)展方向。 Elmo的驅(qū)動(dòng)器在設(shè)計(jì)上強(qiáng)調(diào)“主動(dòng)”的觀念，采用自主開(kāi)發(fā)的芯片電路，使整個(gè)處理過(guò)程始終保持在平穩(wěn)的過(guò)渡中。對(duì)比傳統(tǒng)的RC“被動(dòng)”的轉(zhuǎn)換方式，啟動(dòng)和關(guān)斷時(shí)電流沖擊和損失將大大降低，可以實(shí)現(xiàn)非常低的EMI。Elmo所生產(chǎn)的各種驅(qū)動(dòng)器（用MOSFET 還是 IGBT的驅(qū)動(dòng)器），均可實(shí)現(xiàn)快速有效的功率轉(zhuǎn)換，能耗損失不超過(guò)3%。在能量消耗方面Elmo公司提出了熱能管理的觀念，強(qiáng)調(diào)能耗低損失的同時(shí)，熱能也可以得到有效的釋放。其獨(dú)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(qiáng)有力的融合馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)監(jiān)測(cè)技術(shù)，優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，簡(jiǎn)化了控制過(guò)程，使機(jī)器在理想狀態(tài)下工作。Elmo驅(qū)動(dòng)器擁有獨(dú)特的高級(jí)位置控制功能包括點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、PT（位置時(shí)間表）、PVT（位置速度時(shí)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(shí)在在高級(jí)濾波和增益預(yù)定模式下Elmo驅(qū)動(dòng)器也是獨(dú)特設(shè)計(jì)，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(dòng)整流調(diào)制、自動(dòng)電機(jī)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(yùn)動(dòng)控制器和監(jiān)控器（圖9），通過(guò)它配合Elmo自己的智能型驅(qū)動(dòng)器使用，可以完成許多復(fù)雜的多軸運(yùn)動(dòng)控制。用Masetro和SimpleIQ驅(qū)動(dòng)器所構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)是基于分布式運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。同時(shí)支持同步運(yùn)動(dòng)控制、順序運(yùn)動(dòng)控制、多軸運(yùn)動(dòng)記錄和分析工具、多軸應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。通過(guò)直接訪問(wèn)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(jī)械，Elmo驅(qū)動(dòng)器由于其自身特點(diǎn)，也得到了廣泛的應(yīng)用。 [align=center] 圖10 Elmo驅(qū)動(dòng)器在印刷機(jī)的應(yīng)用[/align] 圖10中兩個(gè)Elmo驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制。 圖11為繞線機(jī)的應(yīng)用，其中一臺(tái)跟隨編碼器，完成ECAM功能，另兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)器有一臺(tái)作為主，另一臺(tái)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(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。 4 結(jié)論 精準(zhǔn)的定位和智能控制今后還會(huì)向深入的方向發(fā)展，機(jī)電一體化的結(jié)構(gòu)革命和驅(qū)動(dòng)與控制的相互滲透在今后的幾年中將成為主導(dǎo)市場(chǎng)的新的趨勢(shì)。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(jìn)國(guó)內(nèi)工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制先進(jìn)先進(jìn)產(chǎn)品引入與推廣，逐漸國(guó)內(nèi)也將會(huì)有部分產(chǎn)品（電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面）接近國(guó)際的先進(jìn)水平，在世界領(lǐng)域占有一席之地。 參考文獻(xiàn) [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(jì).。東南大學(xué)學(xué)報(bào)（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(jī)伺服系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制。 《微特電機(jī)》 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(jī)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(jiǎn)介: 趙琦, 男,1981-,漢族 天津羅升企業(yè)有限公司 伺服產(chǎn)品處