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开平机组生产线伺服系统及伺服电机的发展

一、伺服系统及伺服电机的发展现状
目前国内占主要地位的开平机组伺服进给系统，主要是交流伺服进给系统，此外还有直线伺服进给系统。
1、交流伺服进给系统的类型
交流伺服进给系统，主要采用的是永磁同步交流伺服进给系统，有3种类型：模拟形式，数字形式和软件形式。
模拟伺服用途单一，只接收模拟信号，位置控制通常由上位机实现。
数字伺服可实现一机多用，如做速度、力矩、位置控制。可接收模拟指令和脉冲指令，各种参数均以数字方式设定，稳定性好。具有较丰富的自诊断、警报功能。
软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统。其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。使用时可由用户设定代码与相关的数据，即自动进入工作状态。配有数字接口，改变工作方式、更换电动机规格时，只需重设代码即可，故也称万能伺服。

2、交流伺服技术的发展
交流伺服已占据了开平机组进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在3个方面：(1)系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；(2)基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；(3)网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。
3、直线伺服系统的特点
直线伺服系统，采用的是一种直接驱动方式(DirectDrive)，与传统的旋转传动方式相比，最大特点是取消了电动机到工作台间的一切机械中间传动环节，即把开平机组进给传动链的长度缩短为零。这种“零传动”方式，带来了旋转驱动方式无法达到的性能指标，如加速度可达3g以上，为传统驱动装置的10~20倍，进给速度是传统的4~5倍。从电动机的工作原理来讲，直线电动机有直流、交流、步进、永磁、电磁、同步和异步等多种方式；而从结构来讲，又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等形式。目前应用到开平机组生产线上的，主要有高精度高频响小行程直线电动机，与大推力长行程高精度直线电动机两类。
二、伺服系统及伺服电机的发展趋势
1、伺服系统的发展方向
随着生产力的不断发展，伺服系统向着集成化、智能化和网络化的方向发展。
(1)集成化。使用单一，多功能的控制单元，通过软件的设置实现位置控制和速度控制功能。可以使用本身配置的反馈单元构成半闭环或是通过外部接口构成高级度的全闭环控制系统。
(2)智能化。伺服器控制模式的智能化，如在内部预先编程实现某种运动轨迹，控制本站点周边的IO接口，内带主从跟随模式调整，电子凸轮等。
(3)网络化。伺服器间实现网络化发布式控制。伺服器实现模块化的可重构，节省成本。
2、直线电动机直接驱动的主要优点
未来的伺服电动机的发展比较有代表性的例子，是直接驱动直线伺服电动机，开平设备进给系统采用的直线电动机直接驱动，与原旋转电动机驱动方式的最大区别，是取消了从电动机到工作台之间的一切机械中间传动环节。
直线电动机直接驱动的主要优点有：
(1)高速响应性。丝杠等机械传动机构的取消，使整个闭环伺服系统的动态响应性能大大提高。直线电动机用于开平机组进给的驱动中，超高速切削的最大进给速度可达120~250m/min，加速度可达到2~10g。
(2)高精度性。机械传动链的取消，消除了机械速度变换机构所带来的一些不良影响，如摩擦、机械后冲、弹性变形等对系统伺服性能的影响。同时实现了伺服系统全闭环控制，可大大提高开平机组的定位精度。
(3)行程长度不受-。在导轨上通过串联直线电动机的定子，就可无限延长转子的行程长度。
在国际上，直线电动机直接驱动研究发展迅猛，许多发达国家及大公司都投入了很大的精力从事研究，并进行应用产品开发。已有直线电动机的系列产品，并应用于相应开平机组，走向了市场。
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