廣聯分享RTK伺服驅動處理器控制方式

伺服驅動器按照其控制對象由外到內分為位置環、速度環和電流環，相應伺服驅動器也就可以工作在位置控制模式、速度控制模式和力矩控制模式。當伺服驅動器工作在任意模式下，其對應模式可以由三種方式給定：1、使用模擬量給定；2、參數設置的內部給定；3、通訊給定。參數設置的內部給定應用比較少，為有限的有級調節。使用模擬量給定的優點是響應快，應用于許多高精度高響應的場合，缺點是存在零漂，給調試帶來困難，歐系和美系伺服多采用這種方式。脈沖控制兼容常用信號方式：CW/CCW（正反向脈沖）、脈沖/方向、A/B相信號。缺點是響應慢，日系和國產伺服多采用這種方式。我當然最推崇通訊給定的方式，這也是歐系品牌常用的控制方式，優點是給定迅速，響應快，能合理進行運動規劃，特別適合凸輪控制和flying定位方式，2012年高檔數控機床多采用這種方式。通訊給定常為總線通訊方式，也有點對點通訊方式和網絡通訊方式。無人化、規模化生產對加工設備提出了高速度、高精度、高效率的要求，交流伺服系統具有高響應、免維護(無碳刷、換向器等磨損元部件)、高可靠性等特點，正好適應了這一需求。例如，日本FANUC公司、三菱電機公司、安川電機公司、德國Siemens公司、AEG公司、力士樂Indramat公司、美國A.B公司、GE公司等均先后在1984年前后將交流伺服系統付諸實用。國內的交流伺服驅動技術起步較晚，到20世紀80年代末才有產品問世。如冶金部自動化研究院華騰公司的ACS系列、揚州5308廠引進Siemens公司的610系列，這些產品采用大功率晶體管模塊(GTR)，屬于模擬伺服，但從技術上。進入20世紀s年代，微電子制造工藝的日臻完善，使得DSP運算速度呈幾何數上升，達到了伺服環路高速實時控制的要求，一些運動控制芯片制造商還將電機控制所必需的外圍電路(如A/D轉換器、位置/速度檢測倍頻計數器、PWM發生器等)與DSP內核集成于一體，使得伺服控制回路采樣時間達到100µs以內，由單一芯片實現自動加、減速控制，電子齒輪同步控制，位置、速度、電流三環的數字化補償控制。一些新的控制算法如速度前饋、加速度前饋、低通濾波、凹陷濾波等得以實現。另一方面，電力電子技術的發展，使得伺服系統主電路功率元件的開關頻率由2～5kHz提升到15～20kHz，IGBT(絕緣柵門雙極性晶體管)及IPM(智能型功率模塊)均是這一時代的產物，從而提高了系統的平穩性，降低了系統的噪音。

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以上兩個方面不僅是交流伺服實現數字化的基礎，而且使得交流伺服趨于小型化。2012年一些工業發達國家的伺服系統生產廠家基本上均能夠提供全數字交流伺服系統或者可以與自己的CNC系統相配套，如日本FANUC公司、三菱電機公司、安川電機公司、松下公司、山洋電機公司、德國Siemens公司、力士樂Indramat公司、Lenze公司、美國A.B公司、Kollmorgen公司、Relliance公司、Baldor公司、PacificScientific公司等。全數字交流伺服技術的飛速發展，使得用戶根據負載狀況(如慣量、間隙、摩擦力等)調整參數更為方便，也省去了一些模擬回路所產生的漂移等不穩定因素，但在發展初期，伺服接口缺乏統一標準，各個廠家均設計自己的接口電路，相互之間無可互換性，用戶適配較為麻煩。在網絡技術及PC-basedCNC技術快速發展的情況下，這一問題尤為突出。在1987年，由德國機床協會和德國電力電子協會聯合提出數字驅動接口國際標準，即SERCOS(SerialReal-timeCommunicat串行實時通信系統)接口作為高性能運動控制系統閉環數據串行實時通信接口，這兩個協會將電機、驅動系統、CNC系統的主要制造商組成一個聯合工作組。最初加入SERCOS工作組的公司有AEC、ABB、AMK、Banmuller、Bosch、Indramat、Siemens、PacificScientific等幾家公司。到了1994年，SERCOS成為控制器與數字伺服驅動系統接口的國際標準并作為IEC61491標準獲得通過，因此具有開放性，迄今成員已增加到70多個公司。與此同時，開發了相應的ASIC芯片、SERCON816，傳輸速度為2/4/8/16Mbit/s，SERCOS與其它串行現場總線相比，有效數據傳輸率高，例如Ethement以100Mbit/s速度傳輸數據時，有效數據傳輸率為5～10Mbit/s；SERCOS以16Mbit/s速度傳輸數據時，有效數據傳輸率為11Mbit/s。CAN(controllerAreaNetwork)用于運動控制時，必須提供額外的存儲緩沖器及信號管理資源，其成本大約是SERCOS接口的2倍，另一個特點是它的光纖噪聲抑制能力強、傳輸可靠性高。雖然SERCOS接口初終是為CNC與數字伺服接口而開發，迄今已被廣泛應用于通用運動控制器與數字伺服之間的接口。2012年已能滿足在2ms內，使一臺控制器與多達32個伺服系統實現數據通信。SERCOS為數字伺服網絡化鋪就了一條寬闊大道，可以預見，在不遠的將來，帶有SERCOS接口的伺服系統將會進入家庭、辦公室、工廠車間乃至各個與伺服應用相關的領域。力士樂Indramat公司在1999年之所以占據北美伺服驅動市場10.5%的份額、位居，一方面是該公司在應用工程、銷售、服務及用戶支持方面的加強，另一個主要因素是承諾開放結構——SERCOS。輕質(如銅、木材、鋁合金等)、復合材料在汽車、家電、AF業中的大量使用，對高速、高效加工提出了新的要求。為了適應這一需求，一些工業發達國家相繼推出直線電機、高速主軸電機，而且付諸實用。對于直線電機而言，其控制技術與傳統的交流伺服電機相差不多，但由于直線電機本身沒有轉子等轉動體，因而本身慣量小，所以具有高動態響應性，而檢測元件直接安裝于機械一側，從而檢測工作臺的位移，也避免了旋轉電機在方向改變時所存在的換向間隙，滿足了高速、高精密加工對伺服驅動系統的要求。從IMTS’2000展覽會來看，一些工業發達國家在高速加工技術方面處于水平，IBAG公司已向業界提供0.125～185kW，最高轉速為14,000r/min的系列化高速內裝式主軸系統，徑向、軸向重復精度小于1µm，電機軸承有混合陶瓷軸承、液靜承、磁浮軸承三種，采用水管冷卻，且內置位置傳感器供加工中心ATC之用。主軸驅動采用矢量變頻技術，已在模具加工、高精密電極加工、鋁質零件加工、高精度磨削加工等領域廣泛應用，Fisher公司也有類似產品。