控制技术范文第1篇

关键词：伺服驱动技术，直线电机，可编程计算机控制器，运动控制

1 引言

信息时代的高新技术流向传统产业，引起后者的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业，在这场新技术革命冲击下，产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变，微电子技术、微计算机技术的高速发展使信息、智能与机械装置和动力设备相结合，促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。

随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展，各先进国家的机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注，它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。

在机电一体化技术迅速发展的同时，运动控制技术作为其关键组成部分，也得到前所未有的大发展，国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。本文主要介绍了全闭环交流伺服驱动技术（Full Closed AC Servo）、直线电机驱动技术（Linear Motor Driving）、可编程序计算机控制器（Programmable Computer Controller，PCC）和运动控制卡（Motion Controlling Board）等几项具有代表性的新技术。

2 全闭环交流伺服驱动技术

在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中，交流伺服系统的应用越来越广泛，其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流，而且调试、使用十分简单，因而被受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器（Digital Signal Processor， DSP），可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统，并充分发挥DSP的高速运算能力，自动完成整个伺服系统的增益调节，甚至可以跟踪负载变化，实时调节系统增益；有的驱动器还具有快速傅立叶变换（FFT）的功能，测算出设备的机械共振点，并通过陷波滤波方式消除机械共振。

一般情况下，这种数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式，即伺服电机上的编码器反馈既作速度环，也作位置环。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或补偿。为了获得更高的控制精度，应在最终的运动部分安装高精度的检测元件（如：光栅尺、光电编码器等），即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方法是：伺服系统只接受速度指令，完成速度环的控制，位置环的控制由上位控制器来完成（大多数全闭环的机床数控系统就是这样）。这样大大增加了上位控制器的难度，也限制了伺服系统的推广。目前，国外已出现了一种更完善、可以实现更高精度的全闭环数字式伺服系统 ， 使得高精度自动化设备的实现更为容易。其控制原理如图1所示。

该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷，伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件(如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等)，作为位置环，而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙（如齿轮间隙、丝杠间隙等），补偿机械传动件的制造误差（如丝杠螺距误差等），实现真正的全闭环位置控制功能，获得较高的定位精度。而且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担，因而越来越多的行业在其自动化设备的改造和研制中，开始采用这种伺服系统。

3 直线电机驱动技术

直线电机在机床进给伺服系统中的应用，近几年来已在世界机床行业得到重视，并在西欧工业发达地区掀起"直线电机热"。

在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

1. 高速响应 由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。

2. 精度 直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。

3. 动刚度高 由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。

4. 速度快、加减速过程短 由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h），所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）当然是没有问题的。也由于上述"零传动"的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

5. 行程长度不受限制 在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。

6. 运动动安静、噪音低 由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。

7. 效率高 由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。

直线传动电机的发展也越来越快，在运动控制行业中倍受重视。在国外工业运动控制相对发达的国家已开始推广使用相应的产品，其中美国科尔摩根公司（Kollmorgen）的 PLATINNM DDL系列直线电机和SERVOSTAR CD系列数字伺服放大器构成一种典型的直线永磁伺服系统，它能提供很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度、较高的定位精度和平滑的无差运动；德国西门子公司、日本三井精机公司、台湾上银科技公司等也开始在其产品中应用直线电机。

4 可编程计算机控制器技术

自20世纪60年代末美国第一台可编程序控制器（Programming Logical Controller，PLC）问世以来，PLC控制技术已走过了30年的发展历程，尤其是随着近代计算机技术和微电子技术的发展，它已在软硬件技术方面远远走出了当初的"顺序控制"的雏形阶段。可编程计算机控制器（PCC）就是代表这一发展趋势的新一代可编程控制器。

与传统的PLC相比较，PCC最大的特点在于它类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计。传统的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新。这样处理方式直接导致了PLC的"控制速度"依赖于应用程序的大小，这一结果无疑是同I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。PCC的系统软件完美地解决了这一问题，它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期则与程序长短无关，而是由操作系统的循环周期决定。由此，它将应用程序的扫描周期同外部的控制周期区别开来，满足了实时控制的要求。当然，这种控制周期可以在CPU运算能力允许的前提下，按照用户的实际要求，任意修改。

基于这样的操作系统，PCC的应用程序由多任务模块构成，给工程项目应用软件的开发带来很大的便利。因为这样可以方便地按照控制项目中各部分不同的功能要求，如运动控制、数据采集、报警、PID调节运算、通信控制等，分别编制出控制程序模块（任务），这些模块既独立运行，数据间又保持一定的相互关联，这些模块经过分步骤的独立编制和调试之后，可一同下载至PCC的CPU中，在多任务操作系统的调度管理下并行运行，共同实现项目的控制要求。

PCC在工业控制中强大的功能优势，体现了可编程控制器与工业控制计算机及DCS（分布式工业控制系统）技术互相融合的发展潮流，虽然这还是一项较为年轻的技术，但在其越来越多的应用领域中，它正日益显示出不可低估的发展潜力。

5 运动控制卡

运动控制卡是一种基于工业PC机 、 用于各种运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元。它的出现主要是因为：（1）为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；（2）在各种工业设备（如包装机械、印刷机械等）、国防装备（如跟踪定位系统等）、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；（3）PC机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。

运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地 ， 运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作 （ 例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。

这种运动控制模式在国外自动化设备的控制系统中比较流行，运动控制卡也形成了一个独立的专门行业，具有代表性的产品有美国的PMAC、PARKER等运动控制卡。在国内相应的产品也已出现，如成都步进机电有限公司的DMC300系列卡已成功地应用于数控打孔机、汽车部件性能试验台等多种自动化设备上。

控制技术范文第2篇

关键词 电梯 发展 机械系统 电气控制系统

中图分类号：TU857 文献标识码：A

1电梯的发展及特点

电梯得以快速发展和广泛使用，始于18世纪末电动机的发明，随着电动机制造和应用技术的发展，19世纪开始使用交流感应单速和双速电动机作为动力源的交流单、双速电动机拖动的电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的运行性能。我国电梯工业的发展，得益于20世纪70年代末起国家实行全方位的改革开放政策和国家领导层对发展电梯产品的远见之举，以及国家相关部门适时颁布执行一批具有国际水准的电梯专业技术标准。在政策、举措、条例的推动下，我国电梯产品的技术、质量、产量开始有序地、日新月异地发展起来。

电梯产品的特点：（1）电梯是一种涉及人们生命安全的机电类特种设备；（2）电梯是一种零碎、分散、复杂的机电综合产品；（3）电梯是一种以销定产的产品；（4）电梯产品的总装配工作需在远离制造厂的使用现场进行；（5）电梯产品是一种近十多年来才迅速发展起来的产品。

2电梯的机械系统

电梯的机械部分由驱动系统、轿厢和对重装置、导向系统、开关门系统、机械安全保护系统5个子系统组成，电梯的电气部分由操纵箱、控制柜等十多个电器部件及其连接线构成。

2.1电梯曳引驱动系统

曳引机是曳引驱动系统的动力源，是曳引驱动系统的核心部件。曳引机的类别、参数尺寸决定着电梯额定载重量和额定运行速度，决定着电梯的安全、可靠、舒适性和节能效果。

曳引系统驱动电梯利用就位于曳引轮槽的曳引绳与曳引轮槽的摩擦力，驱动连接于曳引省两端的轿厢和对重装置上、下运行。采用这种驱动方式的电梯，电梯轿厢越过上端站楼面一定距离时，对重装置将坐压在它的缓冲器上，可避免轿厢冲撞井道顶板的可能，反之亦然，使电梯的安全运行性能大大提高。

2.2电梯的轿厢和对重装置

电梯的轿厢是用于运送成员和货物的电梯可见物件，由轿厢架和轿厢体两大部分构成。轿厢架由上梁、立梁、下梁和导靴构成；轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶、轿厢门等机件构成。对重装置室曳引驱动电梯特有的装置，它通过曳引绳经曳引绳轮与轿厢连成一体。对重装置和轿厢都处于井道，电梯运行过程中，对重装置通过导靴在对重导轨上滑行，具有在不同载荷状态下减小曳引电动机转矩输出的功能。对重装置分无轮和有轮对重装置两种。

2.3电梯的开关门系统

电梯开关门系统的机械部分由轿门、层门和开关门机构组成，是电梯设备的重要安全设施之一。随着人们对电梯轿门、层门、开关门系统的重视，随着交流电动机VVVF和永磁同步电动机VVVF拖动、无连杆同步带传动的开关门系统相继研发成功，开关门系统的运行可靠性和安全性已大大提高，故障率也大大降低。

2.4电梯的引导系统

电梯的引导系统也称电梯导向系统。引导系统的作用是限定轿厢和对重装置在井道内的上下运行轨迹。因此引导系统包括轿厢和对重装置两个引导系统。引导系统主要由导轨、导轨固架定和导靴构成。引导系统构成机件的参数尺寸与电梯的额定载重量和额定运行速度有关。引导系统质量的优劣决定着电梯运行效果的好坏。

2.5电梯的机械安全保护及安全防护系统

电梯的机械安全保护系统分机械安全保护设施和机械安全防护设施两类。其中，机械安全保护设施包括超速保护装置、缓冲器、门锁、制动器、轿门、层门、安全触板和光电防撞装置或光幕防撞装置以及门锁、层门自闭装置等；机械安全防护设施包括曳引轮、导向轮、链轮、对重装置等运动部件的防护栏、罩、盖等。

3电梯的电气控制系统

电气控制系统由控制柜、操纵箱、指层灯箱、唤召箱、换速平层装置、两端站限位装置、轿顶检修箱、底坑检修箱等十多个部件以及分散安装在相关机械部件中与相关机械部件配合完成电梯预定功能的电气部件组成。分散安装的主要电气部件中，如曳引电动机、制动器线圈、开关门电动机及其调速控制装置、限速器开关、限速器绳涨紧装置开关、安全钳开关、缓冲器开关以及各种安全防护按钮盒开关等。

控制技术范文第3篇

关键词：PLC控制技术；应用范围；注意事项

一、PLC控制技术在工业控制中的应用范围

如今，随着时代的进步以及科技的不断发展，我国的计算机技术以及微电子技术正在飞快地发展着，而由于PLC技术广泛地应用了计算机技术，也同时具有计算机的相关功能，因此其一方面能够实现逻辑控制，另一方面还具有数据处理的功能。除此之外，由于PCL控制技术具有组装方便、编程简单等多种特点，也使其得到了广泛的应用，一般来讲，PLC技术在工业控制当中主要应用在以下几个范围：

1.用于开关量的逻辑控制

在这一方面PLC技术能够代替继电器进行使用，PLC技术的使用，使逻辑控制以及顺序都得到了有效的实现，一方面能够满足对单台设置的控制；另一方面还能够对自动化流水线进行控制。在具体的工作当中，注塑机、组合机床等都会利用到PLC技术用于开关量的逻辑控制。

2.用于工业的过程控制

就目前对PLC技术的应用来看，对PLC技术的应用，已经不是单单地被应用在离散过程的控制领域当中，在连续过程的控制领域当中PLC技术也得到了十分广泛的应用。随着全球经济化的不断推进，我国传统工业过程的控制市场竞争正在不断加深，很多供应商都认识到了改革和创新的必要性，并有针对性地进行了开拓研究，将传统的过程控制领域进行转移，同时也不得不将一些传统PLC占据的市场抛弃掉，例如，冶金、化工等领域。

3.用于运动控制

在运动控制领域当中，PLC已经得到了很长时间的应用，此外，PLC在运动控制当中的应用也不断地呈现出增长的趋势。将PLC技术应用在运动控制当中，可以对圆周或者是直线运动进行有效的控制，一般而言，通常需要利用专门的运动控制模块和PLC技术进行联合的应用，这种技术在各种机械、电梯等场合都已经得到了大量的有效运用。

4.用于数据处理

由于PLC技术是多种科学技术的整合体，因此PLC技术具备了数学运算、数据转换等多种功能，能够有效地实现数据的采集、处理等工作，从数据的处理上来讲，PLC技术一般主要用于食品工业等控制系统当中。

5.用于通信和联网

就PLC技术的通信功能来讲，PLC技术一方面能够实现PLC与PLC之间的通信，同时也能实现PLC与其他设备之间的通信，如今，随着时代的进步以及科学技术的不断发展，工厂的自动化也在不断推进，这也在一定程度上推进了PLC技术的发展，就目前看来，PLC技术都已经具备通信接口，这使得PLC技术的通信功能更加便捷。

二、PLC技术在工业控制应用当中的注意事项

1.温度

就PLC技术来讲，它要求的环境温度一般是0～55℃之间，这就要求在安装的过程中，不能将PLC放在热量较大的元件下，同时，其周围的通风以及散热空间应足够大，并要保证基本单元与扩展单元之间保留30毫米的间隔，而在开关柜上，不应设置百叶窗，应避免阳光照射，如果发现环境的温度高于55℃，则应安装风扇，进行强迫性的通风。

2.温度

对于PLC周围的空气湿度，应保证小于85%的范围之内，此外，还应保证周围的空气当中不会出现凝露的状况，这种要求是要保证PLC自身的绝缘性。

3.震动

PLC应远离振动源，防治10～55HZ的连续震动，如果不可避免震动的产生，则应有针对性地采取减震措施。

4.空气

对于PLC周围环境当中的空气质量，应保证空气当中没有易燃性或者是腐蚀性的气体存在，如果周围的空气当中存在较多的粉尘，则应将PLC安装在封闭性较为优秀的室内，并有针对性地安装净化装置。

5.电源

一般来讲，对于PLC的电源要求为50HZ 220V的交流电，而PLC本身的抵抗能力是足够对抗电源线的干扰的，对可靠性要求较高的场合，可以安装隔离变压器，减少设备与地面的干扰，一般来讲，PLC本身具有24V的直流输出接线端。

三、PLC在工业应用中的抗干扰分析

在实际的工作过程当中，PLC通常会受到辐射干扰、系统外引线干扰、内部干扰三类干扰现象。

1.辐射干扰

一般而言，空间的辐射电磁场是通过电力网络、雷电、雷达等设备产生的，因此一般称之为辐射干扰，这种干扰的分布较为复杂。

2.系统外引线干扰

这种干扰通常通过电源引入，在我国，这种干扰的现象比较严重，一般来源为电源干扰、信号线引入干扰以及接地系统混乱干扰等几类。

3.内部干扰

一般而言，其内部干扰主要是内部元件的相互辐射产生的，对于电路来讲，这种相互辐射会产生干扰，而逻辑地以及模拟地之间的相互影响也会出现相应的干扰。

总而言之，随着时代的进步和科技的发展，如何有效地应用PLC对于PLC技术的日后发展意义重大，就从目前来看，PLC技术在未来依然有很大的发展空间，并且产品种类丰富，而在未来随着工业自动化的不断推进，PLC也会发挥更大的作用。

参考文献：

控制技术范文第4篇

【关键词】远程控制；信息处理技术；自动控制

1.远程控制技术

1.1远程控制技术的概述

远程控制技术主要应用于异地操作，它只要求操作人员与作计算机拨号成功即可。操作人员可以通过计算机技术就能对异地计算机进行有效控制，操作人员的桌面上会显示被控制计算机的桌面。操作人员可以在被控制的计算机上进行一系列的操作，比如软件的安装等。这种方式的实现主要依赖于远程控制的软件。远程控制的软件分为两个主要部分，分别是客户端程序和服务端程序，通常在使用前需要将客户端程序安装在控制计算机上，将服务端程序安装到被控制的计算机上。

1.2机电远程控制有机结合

科学技术日新月异， 机电控制技术将做出相应的变革。计算机网络技术作为一种通讯技术， 能够快速传递信息，为机电控制技术的应用及发展提供了广阔的平台。因此，机电控制技术也将更倾向于计算机远程技术。与此同时，根据功能的不同，机电控制技术对远程控制技术运用可分为三类，即保持型、完成型和人机交互型。

1.2.1保持型

结合实际需求，设备可以自行完成指定的命令，通过监控设施对设备的实时运行状况进行有效监控，如有需要才会对设备运行进行干预。这种模式即使在无人的状态下也能进行操作。因此，在无人的地区一般都会采用该种模式。

1.2.2完成型

完成型指的是远程监控系统只有在完成相应的任务之后，再报告给远程监控系统。而事前不对其操作运行，进行监控。

1.2.3人机交互型

人机交互型是指在完成具体的工作之际，系统能够随时进行连接，进行人机交流。

2.信息处理技术

信息处理技术指的是利用计算机技术对信息进行处理，计算机运行速度极高，可以在极短的时间内完成大量信息的处理，并且能达到很高的精确度。现今社会，大多数企业的控制系统由于受到资金的限制，一般都会重复使用一定年限之后才会更换相关的信息处理系统。这种现象极其普遍，这就要求系统对信息的处理能力必须达到较高水平。其实信息处理系统的组成并不复杂，软件和硬件这两个系统便可以组成一个简单的信息处理系统。其中软件系统包括了信息处理、信息接收和打印信息这三个方面的软件。在功能方面，软件系统和硬件系统分工明确。因此，这也为信息处理系统的维护和开发提供了便利之处。

2.1信息系统技术

人类通过信息系统这个工具来完成信息的管理和利用。信息系统技术指的是以计算机为中心，以数据库和通信网络技术为依托，从而实现对信息处理的技术。

2.2数据库技术

如今是一个信息满天飞的社会，信息确实很容易得到，但是由于许多信息是混乱的、无序的，因此在查找和使用时会遇到一些阻碍。我们只有通过对信息进行处理，让其变得有序，才能大大降低查找难度和缩短查找时间，提高效率。将信息进行有序整理是数据库技术的核心内容，它能实现信息的有序存储和有效利用。

2.3检索技术

信息检索指的是信息根据一定的方式组织起来，并根据信息用户的需要，找出有关的信息的过程和技术。

2.3.6聚类检索

聚类检索指的是将没有分类的事物，在不知道如何进行分类的情况下，根据事物本身存在的不同属性，将属性相似的信息分到同一类下面，而将不具有相似属性的事物划分到另一类中。

3.自动控制技术

21世纪自动控制技术发展迅速，在社会的各个领域都占有举足轻重的作用。从定义来说，自动控制技术是控制论的技术实现应用。该种技术是通过自动控制系统来完成某种控制任务，从而确保某个过程能够按照原本设定的方式顺利进行，或达到某种预先想要的结果。自动控制技术的发展，讲的是从开始阶段的发生到最终形成一个控制理论的过程。自动控制技术就是指这样的反馈控制系统，由一个控制器和一个控制对象组成，再把这个控制对象的输出信号取回来，测量之后跟所要求的信号进行比较。根据这误差来反馈给控制器，这就是机器内部的工作，也是自动控制技术的应用。让控制器完成整个控制作用，使得误差消除。控制对象的输出量一般来说，都是一个物理量，比如说要控制一个机器的转速，就是要将速度测量出来之后才能进行有效的控制。

结束语

近几年来机电设备不断地被优化，在生产和销售中的作用日益显著，并且它的作业水平也得到了明显的提升。除了本文上述提及的三种技术外，还有许多机电技术也被广泛应用，如数控机床技术、分布式控制系统、智能化控制技术等，它们各自都有着自身的优势。机电控制技术的发展前景极其广阔，在日常生活、生产、工作中除了方便操作之余，还能有效地提高安全性。因此，随着科技水平的进步，机电控制技术也将迎来新的发展时期。

参考文献：

控制技术范文第5篇

    关键词:伺服驱动技术,直线电机,可编程计算机控制器,运动控制

    1 引言

    信息时代的高新技术流向传统产业,引起后者的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业,在这场新技术革命冲击下,产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变,微电子技术、微计算机技术的高速发展使信息、智能与机械装置和动力设备相结合,促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命。

    随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展,各先进国家的机电一体化产品层出不穷。机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注,它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。

    在机电一体化技术迅速发展的同时,运动控制技术作为其关键组成部分,也得到前所未有的大发展,国内外各个厂家相继推出运动控制的新技术、新产品。本文主要介绍了全闭环交流伺服驱动技术(Full Closed AC Servo)、直线电机驱动技术(Linear Motor Driving)、可编程序计算机控制器(Programmable Computer Controller,PCC)和运动控制卡(Motion Controlling Board)等几项具有代表性的新技术。

    2 全闭环交流伺服驱动技术

    在一些定位精度或动态响应要求比较高的机电一体化产品中,交流伺服系统的应用越来越广泛,其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流,而且调试、使用十分简单,因而被受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP),可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样,在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统,并充分发挥DSP的高速运算能力,自动完成整个伺服系统的增益调节,甚至可以跟踪负载变化,实时调节系统增益;有的驱动器还具有快速傅立叶变换(FFT)的功能,测算出设备的机械共振点,并通过陷波滤波方式消除机械共振。

    一般情况下,这种数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式,即伺服电机上的编码器反馈既作速度环,也作位置环。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或补偿。为了获得更高的控制精度,应在最终的运动部分安装高精度的检测元件(如:光栅尺、光电编码器等),即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方法是:伺服系统只接受速度指令,完成速度环的控制,位置环的控制由上位控制器来完成(大多数全闭环的机床数控系统就是这样)。这样大大增加了上位控制器的难度,也限制了伺服系统的推广。目前,国外已出现了一种更完善、可以实现更高精度的全闭环数字式伺服系统 , 使得高精度自动化设备的实现更为容易。其控制原理如图1所示。

    该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷,伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件(如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等),作为位置环,而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环。这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙(如齿轮间隙、丝杠间隙等),补偿机械传动件的制造误差(如丝杠螺距误差等),实现真正的全闭环位置控制功能,获得较高的定位精度。而且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成,无需增加上位控制器的负担,因而越来越多的行业在其自动化设备的改造和研制中,开始采用这种伺服系统。

    3 直线电机驱动技术

    直线电机在机床进给伺服系统中的应用,近几年来已在世界机床行业得到重视,并在西欧工业发达地区掀起"直线电机热"。

    在机床进给系统中,采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的机械传动环节,把机床进给传动链的长度缩短为零,因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式,带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

    1. 高速响应 由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠等),使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高,反应异常灵敏快捷。

    2. 精度 直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差,减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制,即可大大提高机床的定位精度。

    3. 动刚度高 由于"直接驱动",避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象,同时也提高了其传动刚度。

    4. 速度快、加减速过程短 由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车(时速可达500Km/h),所以用在机床进给驱动中,要满足其超高速切削的最大进个速度(要求达60~100M/min或更高)当然是没有问题的。也由于上述"零传动"的高速响应性,使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速,高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度,一般可达2~10g(g=9.8m/s2),而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1~0.5g。5. 行程长度不受限制 在导轨上通过串联直线电机,就可以无限延长其行程长度。

    6. 运动动安静、噪音低 由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦,且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触),其运动时噪音将大大降低。

    7. 效率高 由于无中间传动环节,消除了机械摩擦时的能量损耗,传动效率大大提高。

    直线传动电机的发展也越来越快,在运动控制行业中倍受重视。在国外工业运动控制相对发达的国家已开始推广使用相应的产品,其中美国科尔摩根公司(Kollmorgen)的 PLATINNM DDL系列直线电机和SERVOSTAR CD系列数字伺服放大器构成一种典型的直线永磁伺服系统,它能提供很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度、较高的定位精度和平滑的无差运动;德国西门子公司、日本三井精机公司、台湾上银科技公司等也开始在其产品中应用直线电机。

    4 可编程计算机控制器技术

    自20世纪60年代末美国第一台可编程序控制器(Programming Logical Controller,PLC)问世以来,PLC控制技术已走过了30年的发展历程,尤其是随着近代计算机技术和微电子技术的发展,它已在软硬件技术方面远远走出了当初的"顺序控制"的雏形阶段。可编程计算机控制器(PCC)就是代表这一发展趋势的新一代可编程控制器。

    与传统的PLC相比较,PCC最大的特点在于它类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计。传统的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新。这样处理方式直接导致了PLC的"控制速度"依赖于应用程序的大小,这一结果无疑是同I/O通道中高实时性的控制要求相违背的。PCC的系统软件完美地解决了这一问题,它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台,这样应用程序的运行周期则与程序长短无关,而是由操作系统的循环周期决定。由此,它将应用程序的扫描周期同外部的控制周期区别开来,满足了实时控制的要求。当然,这种控制周期可以在CPU运算能力允许的前提下,按照用户的实际要求,任意修改。

    基于这样的操作系统,PCC的应用程序由多任务模块构成,给工程项目应用软件的开发带来很大的便利。因为这样可以方便地按照控制项目中各部分不同的功能要求,如运动控制、数据采集、报警、PID调节运算、通信控制等,分别编制出控制程序模块(任务),这些模块既独立运行,数据间又保持一定的相互关联,这些模块经过分步骤的独立编制和调试之后,可一同下载至PCC的CPU中,在多任务操作系统的调度管理下并行运行,共同实现项目的控制要求。

    PCC在工业控制中强大的功能优势,体现了可编程控制器与工业控制计算机及DCS(分布式工业控制系统)技术互相融合的发展潮流,虽然这还是一项较为年轻的技术,但在其越来越多的应用领域中,它正日益显示出不可低估的发展潜力。

    5 运动控制卡

    运动控制卡是一种基于工业PC机 、 用于各种运动控制场合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制单元。它的出现主要是因为:(1)为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求;(2)在各种工业设备(如包装机械、印刷机械等)、国防装备(如跟踪定位系统等)、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中,急需一个运动控制模块的硬件平台;(3)PC机在各种工业现场的广泛应用,也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。

    运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心,大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地 , 运动控制卡与PC机构成主从式控制结构:PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作 ( 例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等);控制卡完成运动控制的所有细节(包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等)。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。

    这种运动控制模式在国外自动化设备的控制系统中比较流行,运动控制卡也形成了一个独立的专门行业,具有代表性的产品有美国的PMAC、PARKER等运动控制卡。在国内相应的产品也已出现,如成都步进机电有限公司的DMC300系列卡已成功地应用于数控打孔机、汽车部件性能试验台等多种自动化设备上。