直線進給伺服驅動技術最大的優(you) 點

　　直線進給伺服驅動技術最大的優(you) 點是具有比旋轉電動機大得多的加、減速度（可達10～30倍），能夠在很高的進給速度下實現瞬時達到設定的高速狀態和在高速下瞬時準確停止運動。加減速過程的縮短，可改善加工表麵質量，提高刀具使用壽命和生產(chan) 效率；減少了中間環節，使傳(chuan) 動剛度提高，有效地提高了傳(chuan) 動精度和可靠性，而且進給行程幾乎不受限製。

直線進給伺服驅動的應用現狀

　　作為(wei) 一種嶄新的進給驅動技術，其優(you) 越的高速性能和極高的動態性能，使其在生產(chan) 當中迅速得到廣泛應用。在上個(ge) 世紀90年代中期：

　　首先由德國ex—cell—o公司開發的xhc240型高速臥式加工中心，3個(ge) 進給軸均首次采用感應式直線交流伺服電動機直接驅動;

　　接著美國ingersoll銑床公司生產(chan) 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機驅動;

　　日本三井精機公司生產(chan) 的高速工具磨床，上下快速移動的z軸亦是采用直線伺服電動機驅動。特別是在1999年的巴黎國際emo（electromechanical optical）博覽會(hui) 上展出的高速加工中心，最高速度達400m/min，成為(wei) 新一代數控機床的代表性技術。

　　我國台灣省上銀科技公司也已將直線伺服電動機用於(yu) 三坐標測量機上，實現三軸直接驅動。

　　現在世界各國的著名機床製造商（如日本的mazak公司和韓國的大宇公司）都紛紛推出直線伺服電機驅動的數控機床，而德國的dmg公司在2001年便已銷售采用直線伺服電機驅動的數控機床約1000台，2002年達到近2000台。各種跡象表明，直線伺服電機驅動在高速高精加工機床上的應用已進入加速增長期。

　　目前一種新型的多工序並聯機構數控機床即所謂“六條腿機床”，又稱作“六足蟲”，以及目前正在開發研究中的“三條腿”虛擬軸機床，是直線伺服驅動係統潛在的應用領域。

直線進給伺服驅動係統的控製模式

　　高速和超高速加工要求數控機床的伺服驅動裝置具有極高的加、減速度性能，而且對伺服精度同樣提出了相當高的要求。高速和高精度是矛盾的，往往難以同時得到滿足，但在直線伺服驅動係統中必須同時得到滿足，這就要求控製係統必須采取有效的控製策略抑製各種擾動。一個(ge) 成功的控製策略總是基於(yu) 對對象模型結構基本清楚的認識，從(cong) 某一具體(ti) 對象的特性出發，針對產(chan) 生擾動的不同原因，采取相應的控製技術，實現有效控製。在滿足主要要求的同時，兼顧伺服係統對指令的跟蹤能力和抗幹擾能力。在直線進給伺服控製係統中采用的控製策略主要包括：

傳(chuan) 統的控製模式

　　在對象模型確定、不變化且為(wei) 線性，操作條件、運動環境不變的情況下，采用傳(chuan) 統控製模式是一種有效的控製方法。傳(chuan) 統的控製模式包括pid反饋控製、解耦控製、smith預估控製算法等。其中pid控製算法是交流伺服電動機驅動係統中最基本的控製形式，控製應用廣泛。smith預估計器與(yu) 控製器並聯，對解決(jue) 伺服係統中逆變器電力傳(chuan) 輸延遲和速度測量滯後所造成的速度反饋滯後影響十分有效，與(yu) 其它控製算法結合，可形成更有效的控製策略。#p#分頁標題#e#

現代控製模式

　　在高精度微進給的加工領域，必須考慮對象的結構和參數變化、各種非線性的影響、運行環境的改變和幹擾等時變和不確定因素，才能得到滿意的控製結果。因此，將現代控製技術應用於(yu) 直線伺服電動機的控製研究得到了控製專(zhuan) 家的高度重視。

自適應控製

　　自適應控製大體(ti) 可分為(wei) 模型參考自適應控製和自校正控製兩(liang) 種類型。模型參考自適應控製是在控製器─控製對象組成的基本回路外，還建立一個(ge) 由參考模型和自適應機構組成的附加調節電路。自適應機構的輸出可以改變控製器的參數，或對控製對象產(chan) 生附加的控製作用，使伺服電動機的輸出和參考模型的輸出保持一致。自校正控製的控製回路，由辨識器和控製器設計機構組成，辨識器根據對象的輸入和輸出信號，在線估計對象的參數，並以此估算作為(wei) 對象的真值送入控製器的設計機構，按設計好的控製規律進行計算，計算結果送人可調控製器，形成新的控製輸出，以補償(chang) 對象的特性變化。對於(yu) 直線伺服電動機特性參數變化緩慢的一類擾動及其它外界幹擾對係統伺服性能的影響，可以采用自適應控製策略加以降低或消除。

滑模變結構控製

　　滑模變結構控製係統是一類特殊的非線性係統，其非線性表現為(wei) 控製的不連續，即一種使係統“結構”隨時變化的開關(guan) 特性。利用不連續的控製規律不斷地變換係統的結構，迫使係統的狀態在預定的空間軌線上運行。最後漸進穩定於(yu) 平衡點或平衡點允許的領域內(nei) ，即滑動模態運動。該控製方法的最大優(you) 點是係統一旦進入滑模狀態，便對控製對象參數及擾動變化不敏感，無需在線辨識與(yu) 設計，具有完全的自適應性和魯棒性，因而在直線伺服係統中得到了成功的應用。

魯棒控製

　　針對伺服係統中控製對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、參數與(yu) 特性的時變、漂移、外界擾動等），設法保持係統的穩定魯棒性和品質魯棒性。h∞控製是其中較為(wei) 成熟的方法，該方法是從(cong) 係統的傳(chuan) 遞函數矩陣出發設計係統，使係統由擾動至偏差的傳(chuan) 遞函數矩陣的h∞範數取極小或小於(yu) 某一給定值，並據此來設計控製器，對抑製擾動具有良好的效果。

預見控製

　　預見控製不但根據當前目標值，而且根據未來目標值及未來幹擾來決(jue) 定當前的控製方案，使目標值與(yu) 受控量間偏差整體(ti) 最小。這是屬於(yu) 全過程控製期間某一評價(jia) 函數取最小值的最優(you) 控製理論框架。預見控製伺服係統是在普通伺服係統的基礎上附加了使用未來信息的前饋補償(chang) 後構成，它能極大地減小目標值與(yu) 被控製量的相位延遲，從(cong) 而使預見成為(wei) 伺服係統真正實用的控製方法。

智能控製模式

　　對控製對象環境與(yu) 任務複雜的伺服係統宜采用智能控製方法。模糊邏輯控製、神經網絡和專(zhuan) 家控製是當前比較典型的智能控製策略。其中模糊控製器，已有商品化的專(zhuan) 用芯片，因其實時性好、控製精度高，在伺服係統中已得到應用。神經網絡從(cong) 理論上講具有很強的信息綜合能力，在計算速度能夠保證的情況下，可以解決(jue) 任意複雜的控製問題。但目前缺乏相應的神經網絡計算機的硬件支持，在直線伺服中的應用有待於(yu) 神經網絡集成電路芯片生產(chan) 的成熟；而專(zhuan) 家控製一般用於(yu) 複雜的過程控製中，在伺服係統中的研究較少。#p#分頁標題#e#

結束語

　　數控機床采用直線伺服電動機直接驅動進給係統，雖然省去中間變換環節，實現所謂零傳(chuan) 動，係統結構具有更加的合理性，但是作為(wei) 一種新的應用技術還麵臨(lin) 許多現實的技術難題。諸如控製係統對參數攝動、負載擾動等許多不確定因素的抗幹擾問題、直線伺服電動機的強製散熱問題、係統快速吸能製動問題及嚴(yan) 格防塵隔磁措施等，所有這些實際問題有待於(yu) 進一步解決(jue) 和技術的進一步完善。

　　此外，盡管直線伺服驅動技術在數控機床中的應用和發展速度非常快，但這並不意味著它能很快完全取代旋轉伺服電動機的驅動方式。在目前及今後相當長的一段時期內(nei) ，主流的應用還是旋轉電動機與(yu) 滾珠絲(si) 杠相結合的驅動方式。但是直線伺服驅動技術作為(wei) 數控機床伺服驅動技術的主流發展方向及廣闊的應用前景是勿容置疑的。