直線進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)

　　直線進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是具有比旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)大得多的加、減速度（可達(dá)10～30倍），能夠在很高的進(jìn)給速度下實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)達(dá)到設(shè)定的高速狀態(tài)和在高速下瞬時(shí)準(zhǔn)確停止運(yùn)動(dòng)。加減速過(guò)程的縮短，可改善加工表面質(zhì)量，提高刀具使用壽命和生產(chǎn)效率；減少了中間環(huán)節(jié)，使傳動(dòng)剛度提高，有效地提高了傳動(dòng)精度和可靠性，而且進(jìn)給行程幾乎不受限制。

直線進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　作為一種嶄新的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其優(yōu)越的高速性能和極高的動(dòng)態(tài)性能，使其在生產(chǎn)當(dāng)中迅速得到廣泛應(yīng)用。在上個(gè)世紀(jì)90年代中期：

　　首先由德國(guó)ex—cell—o公司開(kāi)發(fā)的xhc240型高速臥式加工中心，3個(gè)進(jìn)給軸均首次采用感應(yīng)式直線交流伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng);

　　接著美國(guó)ingersoll銑床公司生產(chǎn)的高速臥式加工中心hvm4800和hvm600，x、y、z軸均采用永磁式同步直線伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng);

　　日本三井精機(jī)公司生產(chǎn)的高速工具磨床，上下快速移動(dòng)的z軸亦是采用直線伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。特別是在1999年的巴黎國(guó)際emo（electromechanical optical）博覽會(huì)上展出的高速加工中心，最高速度達(dá)400m/min，成為新一代數(shù)控機(jī)床的代表性技術(shù)。

　　我國(guó)臺(tái)灣省上銀科技公司也已將直線伺服電動(dòng)機(jī)用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上，實(shí)現(xiàn)三軸直接驅(qū)動(dòng)。

　　現(xiàn)在世界各國(guó)的著名機(jī)床制造商（如日本的mazak公司和韓國(guó)的大宇公司）都紛紛推出直線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，而德國(guó)的dmg公司在2001年便已銷售采用直線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床約1000臺(tái)，2002年達(dá)到近2000臺(tái)。各種跡象表明，直線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)在高速高精加工機(jī)床上的應(yīng)用已進(jìn)入加速增長(zhǎng)期。

　　目前一種新型的多工序并聯(lián)機(jī)構(gòu)數(shù)控機(jī)床即所謂“六條腿機(jī)床”，又稱作“六足蟲(chóng)”，以及目前正在開(kāi)發(fā)研究中的“三條腿”虛擬軸機(jī)床，是直線伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。

直線進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制模式

　　高速和超高速加工要求數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)裝置具有極高的加、減速度性能，而且對(duì)伺服精度同樣提出了相當(dāng)高的要求。高速和高精度是矛盾的，往往難以同時(shí)得到滿足，但在直線伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中必須同時(shí)得到滿足，這就要求控制系統(tǒng)必須采取有效的控制策略抑制各種擾動(dòng)。一個(gè)成功的控制策略總是基于對(duì)對(duì)象模型結(jié)構(gòu)基本清楚的認(rèn)識(shí)，從某一具體對(duì)象的特性出發(fā)，針對(duì)產(chǎn)生擾動(dòng)的不同原因，采取相應(yīng)的控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有效控制。在滿足主要要求的同時(shí)，兼顧伺服系統(tǒng)對(duì)指令的跟蹤能力和抗干擾能力。在直線進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)中采用的控制策略主要包括：

傳統(tǒng)的控制模式

　　在對(duì)象模型確定、不變化且為線性，操作條件、運(yùn)動(dòng)環(huán)境不變的情況下，采用傳統(tǒng)控制模式是一種有效的控制方法。傳統(tǒng)的控制模式包括pid反饋控制、解耦控制、smith預(yù)估控制算法等。其中pid控制算法是交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最基本的控制形式，控制應(yīng)用廣泛。smith預(yù)估計(jì)器與控制器并聯(lián)，對(duì)解決伺服系統(tǒng)中逆變器電力傳輸延遲和速度測(cè)量滯后所造成的速度反饋滯后影響十分有效，與其它控制算法結(jié)合，可形成更有效的控制策略。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

現(xiàn)代控制模式

　　在高精度微進(jìn)給的加工領(lǐng)域，必須考慮對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化、各種非線性的影響、運(yùn)行環(huán)境的改變和干擾等時(shí)變和不確定因素，才能得到滿意的控制結(jié)果。因此，將現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用于直線伺服電動(dòng)機(jī)的控制研究得到了控制專家的高度重視。

自適應(yīng)控制

　　自適應(yīng)控制大體可分為模型參考自適應(yīng)控制和自校正控制兩種類型。模型參考自適應(yīng)控制是在控制器─控制對(duì)象組成的基本回路外，還建立一個(gè)由參考模型和自適應(yīng)機(jī)構(gòu)組成的附加調(diào)節(jié)電路。自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的輸出可以改變控制器的參數(shù)，或?qū)刂茖?duì)象產(chǎn)生附加的控制作用，使伺服電動(dòng)機(jī)的輸出和參考模型的輸出保持一致。自校正控制的控制回路，由辨識(shí)器和控制器設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)組成，辨識(shí)器根據(jù)對(duì)象的輸入和輸出信號(hào)，在線估計(jì)對(duì)象的參數(shù)，并以此估算作為對(duì)象的真值送入控制器的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，按設(shè)計(jì)好的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果送人可調(diào)控制器，形成新的控制輸出，以補(bǔ)償對(duì)象的特性變化。對(duì)于直線伺服電動(dòng)機(jī)特性參數(shù)變化緩慢的一類擾動(dòng)及其它外界干擾對(duì)系統(tǒng)伺服性能的影響，可以采用自適應(yīng)控制策略加以降低或消除。

滑模變結(jié)構(gòu)控制

　　滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是一類特殊的非線性系統(tǒng)，其非線性表現(xiàn)為控制的不連續(xù)，即一種使系統(tǒng)“結(jié)構(gòu)”隨時(shí)變化的開(kāi)關(guān)特性。利用不連續(xù)的控制規(guī)律不斷地變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，迫使系統(tǒng)的狀態(tài)在預(yù)定的空間軌線上運(yùn)行。最后漸進(jìn)穩(wěn)定于平衡點(diǎn)或平衡點(diǎn)允許的領(lǐng)域內(nèi)，即滑動(dòng)模態(tài)運(yùn)動(dòng)。該控制方法的最大優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)一旦進(jìn)入滑模狀態(tài)，便對(duì)控制對(duì)象參數(shù)及擾動(dòng)變化不敏感，無(wú)需在線辨識(shí)與設(shè)計(jì)，具有完全的自適應(yīng)性和魯棒性，因而在直線伺服系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用。

魯棒控制

　　針對(duì)伺服系統(tǒng)中控制對(duì)象模型存在的不確定性（包括模型不確定性、降階近似、非線性的線性化、參數(shù)與特性的時(shí)變、漂移、外界擾動(dòng)等），設(shè)法保持系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性和品質(zhì)魯棒性。h∞控制是其中較為成熟的方法，該方法是從系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣出發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使系統(tǒng)由擾動(dòng)至偏差的傳遞函數(shù)矩陣的h∞范數(shù)取極小或小于某一給定值，并據(jù)此來(lái)設(shè)計(jì)控制器，對(duì)抑制擾動(dòng)具有良好的效果。

預(yù)見(jiàn)控制

　　預(yù)見(jiàn)控制不但根據(jù)當(dāng)前目標(biāo)值，而且根據(jù)未來(lái)目標(biāo)值及未來(lái)干擾來(lái)決定當(dāng)前的控制方案，使目標(biāo)值與受控量間偏差整體最小。這是屬于全過(guò)程控制期間某一評(píng)價(jià)函數(shù)取最小值的最優(yōu)控制理論框架。預(yù)見(jiàn)控制伺服系統(tǒng)是在普通伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)上附加了使用未來(lái)信息的前饋補(bǔ)償后構(gòu)成，它能極大地減小目標(biāo)值與被控制量的相位延遲，從而使預(yù)見(jiàn)成為伺服系統(tǒng)真正實(shí)用的控制方法。

智能控制模式

　　對(duì)控制對(duì)象環(huán)境與任務(wù)復(fù)雜的伺服系統(tǒng)宜采用智能控制方法。模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家控制是當(dāng)前比較典型的智能控制策略。其中模糊控制器，已有商品化的專用芯片，因其實(shí)時(shí)性好、控制精度高，在伺服系統(tǒng)中已得到應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從理論上講具有很強(qiáng)的信息綜合能力，在計(jì)算速度能夠保證的情況下，可以解決任意復(fù)雜的控制問(wèn)題。但目前缺乏相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的硬件支持，在直線伺服中的應(yīng)用有待于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成電路芯片生產(chǎn)的成熟；而專家控制一般用于復(fù)雜的過(guò)程控制中，在伺服系統(tǒng)中的研究較少。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

結(jié)束語(yǔ)

　　數(shù)控機(jī)床采用直線伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)，雖然省去中間變換環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)所謂零傳動(dòng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有更加的合理性，但是作為一種新的應(yīng)用技術(shù)還面臨許多現(xiàn)實(shí)的技術(shù)難題。諸如控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)攝動(dòng)、負(fù)載擾動(dòng)等許多不確定因素的抗干擾問(wèn)題、直線伺服電動(dòng)機(jī)的強(qiáng)制散熱問(wèn)題、系統(tǒng)快速吸能制動(dòng)問(wèn)題及嚴(yán)格防塵隔磁措施等，所有這些實(shí)際問(wèn)題有待于進(jìn)一步解決和技術(shù)的進(jìn)一步完善。

　　此外，盡管直線伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用和發(fā)展速度非?？欤@并不意味著它能很快完全取代旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式。在目前及今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，主流的應(yīng)用還是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式。但是直線伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)作為數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的主流發(fā)展方向及廣闊的應(yīng)用前景是勿容置疑的。