伺服系統主要應用

  機電一體化及其機床電氣控制技術的發展概況

  機電一體化技術是隨著科學技術不斷發展，生產工藝不斷提出新要求而迅速發展的。在控制方法上主要是從手動到自動;在控制功能上，是從簡單到復雜;在操作上，是由笨重到輕巧。隨著新的控制理論和新型電器及電子器件的出現，又為電氣控制技術的發展開拓了新途徑。

  傳統機床電氣控制是繼電器接觸式控制系統，由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關等組成，實現對機床的啟動、停車、有極調速等控制。繼電器接觸式控制系統的優點是結構簡單、維護方便、抗干擾強、價格低，因此應用于各類機床和機械設備。在我國繼電器接觸式控制仍然是機床和其他機械設備基本的電氣控制形式之一。

  在實際生產中，由于大量存在一些用開關量控制的簡單的程序控制過程，而實際生產工藝和流程又是經常變化的，因而傳統的繼電器接觸式控制系統常不能滿足這種要求，因此曾出現了繼電器接觸控制和電子技術相結合的控制裝置，叫做順序控制器。它能根據生產需要改變控制程序，而又遠比電子計算機結構簡單，價格低廉，它是通過組合邏輯元件插接或編程來實現繼電器接觸控制的。但它的裝置體積大，功能也受到限制。隨著大規模集成電路和微處理機技術的發展及應用，上述控制技術也發生了根本性的變化，在上世紀70年代出現了將計算機的存儲技術引入順序控制器，產生了新型工業控制器——可編程序控制器(PLC)，它兼備了計算機控制和繼電器控制系統兩方面的優點，故在世界各國已作為一種標準化通用裝置普遍應用于工業控制。

  為解決占機械總加工量80%左右的單件和小批量生產的自動化難題，50年代出現了數控機床。它綜合應用了電子、計算機、檢測、自動控制和機床結構設計等各個技術領域的新技術成就，它是典型的機電一體化產品。數控機床經過40年來的發展，品種日益增多，性能不斷完善，其中以輪廓控制的數控機床和帶有自動換刀裝置和工作臺能自動轉位的數控加工中心發展更為迅速。數控機床由控制介質、數控裝置、伺服系統和機床本體等部分組成，其中伺服系統的性能是決定數控機床加工精度和生產率的主要因素之一。

  伺服系統在數控加工中的作用及組成

  在自動控制系統中，把輸出量能以準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統稱為隨動系統，亦稱伺服系統。數控機床的伺服系統是指以機床移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統，又稱為隨動系統。

  伺服系統由伺服驅動裝置和驅動元件(或稱執行元件伺服電機)組成，高性能的伺服系統還有檢測裝置，反饋實際的輸出狀態。

  數控機床伺服系統的作用在于接受來自數控裝置的指令信號，驅動機床移動部件跟隨指令脈沖運動，并保證動作的快速和準確，這就要求高質量的速度和位置伺服。以上指的主要是進給伺服控制，另外還有對主運動的伺服控制，不過控制要求不如前者高。數控機床的精度和速度等技術指標往往主要取決于伺服系統。

  應用趨勢

  自動控制系統不僅在理論上飛速發展，在其應用器件上也日新月異。模塊化、數字化、高精度、長壽命的器件每隔3～5年就有更新換代的產品面市。傳統的交流伺服電機特性軟，并且其輸出特性不是單值的;步進電機一般為開環控制而無法準確定位，電動機本身還有速度諧振區，pwm調速系統對位置性能較差，變頻調速較簡單但精度有時不夠，直流電機伺服系統以其優良的性能被應用于位置隨動系統中，但其也有缺點，例如結構復雜，在低速時死區矛盾突出，并且換向刷會帶來噪聲和維護保養問題。新型的永磁交流伺服電機發展迅速，尤其是從方波控制發展到正弦波控制后，系統性能，它調速范圍寬，尤其是低速性能優越。