一個(gè)直線(xiàn)電機應用系統不僅是性能良好的直線(xiàn)電機,還必須是能在安全可靠的條件下實(shí)現技術(shù)與經(jīng)濟要求的控制系統。隨著(zhù)自動(dòng)控制技術(shù)與微計算機技術(shù)的發(fā)展,直線(xiàn)電機的控制方法越來(lái)越多。對直線(xiàn)電機控制技術(shù)的研究基本上可以分為三個(gè)方面:一是傳統控制技術(shù),二是現代控制技術(shù),三是智能控制技術(shù)。

傳統的控制技術(shù)如PID反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統中得到了廣泛的應用。其中PID控制蘊涵動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中的過(guò)去、現在和未來(lái)的信息,而且配置幾乎為最優(yōu),具有較強的魯棒性,是交流伺服電機驅動(dòng)系統中最基本的控制方式。為了提高控制效果,往往采用解耦控制和矢量控制技術(shù)。

圖:眾為興QXL直驅產(chǎn)品
在對象模型確定、不變化且是線(xiàn)性的以及操作條件、運行環(huán)境是確定不變的條件下,采用傳統控制技術(shù)是簡(jiǎn)單有效的。但是在高精度微進(jìn)給的高性能場(chǎng)合,就必須考慮對象結構與參數的變化。各種非線(xiàn)性的影響,運行環(huán)境的改變及環(huán)境干擾等時(shí)變和不確定因數,才能得到滿(mǎn)意的控制效果。因此,現代控制技術(shù)在直線(xiàn)伺服電機控制的研究中引起了很大的重視。常用控制方法有自適應控制、滑模變結構控制、魯棒控制及智能控制。
近年來(lái)模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制等智能控制方法也被引入直線(xiàn)電動(dòng)機驅動(dòng)系統的控制中。目前主要是將模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )與PID、H∞控制等現有的成熟的控制方法相結合,取長(cháng)補短,以獲得更好的控制性能。
直線(xiàn)電機的驅動(dòng)控制技術(shù)應用如下:
活塞車(chē)削數控系統
在機床進(jìn)給系統中,采用直線(xiàn)電動(dòng)機直接驅動(dòng)與原旋轉電機傳動(dòng)的最大區別是取消了從電機到工作臺(拖板)之間的機械傳動(dòng)環(huán)節,把機床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(cháng)度縮短為零,因而這種傳動(dòng)方式又被稱(chēng)為“零傳動(dòng)”。正是由于這種“零傳動(dòng)”方式,帶來(lái)了原旋轉電機驅動(dòng)方式無(wú)法達到的性能指標和優(yōu)點(diǎn)。其一,高速響應。由于系統中直接取消了一些響應時(shí)間常數較大的機械傳動(dòng)件(如絲杠等),使整個(gè)閉環(huán)控制系統動(dòng)態(tài)響應性能大大提高,反應異常靈敏快捷。其二,精度高。直線(xiàn)驅動(dòng)系統取消了由于絲杠等機械機構產(chǎn)生的傳動(dòng)間隙和誤差,減少了插補運動(dòng)時(shí)因傳動(dòng)系統滯后帶來(lái)的跟蹤誤差。通過(guò)直線(xiàn)位置檢測反饋控制,即可大大提高機床的定位精度。采用直線(xiàn)電機的直線(xiàn)運動(dòng)機構由于具有響應快、精度高的特點(diǎn),已成功地應用于異型截面工件的CNC車(chē)削和磨削加工中。針對產(chǎn)量最大的非圓截面零件,國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)非圓切削研究中心開(kāi)發(fā)了基于直線(xiàn)電機的高頻響大行程數控進(jìn)給單元。當用于數控活塞機床時(shí),工作臺尺寸為600 mm×320 mm,行程為100 mm,最大推力為160 N,最大加速度可達13 g。由于直線(xiàn)電機動(dòng)子和工作臺已固定在一起,所以只能采用閉環(huán)控制,該單元的控制系統簡(jiǎn)圖如圖所示。

這是一個(gè)雙閉環(huán)系統,內環(huán)是速度環(huán),外環(huán)是位置環(huán)。采用高精度光柵尺作為位置檢測元件。定位精度取決于光柵的分辨率,系統的機械誤差可以由反饋消除,獲得較高的精度。
采用直線(xiàn)電機的開(kāi)放式數控系統
采用PC機與開(kāi)放式可編程運動(dòng)控制器構成數控系統,以通用微機及Windows操作系統為平臺,用PC機上的標準插件形式的運動(dòng)控制器為控制核心,實(shí)現了數控系統的開(kāi)放?;谥本€(xiàn)電機的開(kāi)放式數控系統的總體設計方案如圖3所示。
系統采用在PC機的擴展槽中插入PCI-8132型運動(dòng)控制卡的方案,由PC機、運動(dòng)控制卡、伺服驅動(dòng)器、直線(xiàn)電機、數控工作臺等部分組成。其中,數控工作臺由直線(xiàn)電機驅動(dòng),伺服控制和機床邏輯控制均由運動(dòng)控制器完成,運動(dòng)控制器可編程,以運動(dòng)子程序的方式解釋執行數控程序(G代碼等,支持用戶(hù)擴展)。PCI-8132是具有PCI接口的2軸運動(dòng)控制卡。它能產(chǎn)生高頻脈沖驅動(dòng)步進(jìn)電機和伺服電機,控制2個(gè)軸的電機運動(dòng),實(shí)現直線(xiàn)和圓弧插補。在數控加工中,提供位置反饋。當今的工業(yè)控制技術(shù)中PCI總線(xiàn)漸漸地取代了ISA總線(xiàn),成為主流總線(xiàn)形式,它有很多優(yōu)點(diǎn),如即插即用(Plug and Play)、中斷共享等,為用戶(hù)提供了極大的方便,是目前PC機上最先進(jìn)、最通用的一種總線(xiàn)。