直流PWM伺服系统在数控机床中的应用.doc

摘要：从20世纪70年代末我国开始研究PWM系统，就PWM控制电路、驱动电路、功率转换电路以及系统的分析和设计做了许多的工作，取得了一些研究成果，在一定的范围内达到了工业推广水平。例如应用于数控机床、精密机床、仿型机床、重型机床及精密速度控制中，也用于军事领域中，同时直流伺服又有其优点和缺点，其优点是宽调速、机械特性硬和响应速度快；缺点是电动机制造成本高，维护麻烦，还由于机械换向困难，其单机容量和转速都受限制；而伺服系统的可靠性设计及其自诊技术伴随着系统功能、性能以及复杂化程度的升级而受到人们的普遍重视。从而推动了伺服系统的发展。 关键词：PWM 脉冲 机床 数字 PWM系统的微处理器控制，就是将微处理器引入PWM，使微处理器成为PWM系统的环节，同时选用适合于微处理器控制的各种现代伺服元件和接口电路，组成一个数字伺服系统；应用软件程序，实现数字比较、数字滤波、数字脉宽调制以及模拟系统中控制回路所需要的各种附加功能，从而实现设计的各种需求。在电机微机控制系统中，电机是被控对象，微机则起控制器的作用。计算机对输入信号进行存储和加工，按要求形成控制指令，输出数字控制信号。其中有的经过放大可直接控制步进电动机或逆变器之类用数字脉冲信号驱动的部件，有的则要经过数模（D/A）转换器转换成模拟信号，再经功率放大后，通过调节器对电机的电压、电流等物理参数进行控制。若采用闭环控制，反馈给计算机的物理参数，如电机的转速、转角、转矩等，可由传感器进行测量。若传感器输出的是模拟信号，则先经采样保持器等器件的处理，再经模数（A/D）转换，变成数字信号后输入计算机。若传感器输出的是数字信号，则经整形、光偶隔离等处理后，可直接输入计算机。电机的给定控制量，如电动机的转角、转速，或发电机的电压等给定值，可通过键盘或其他设备输入计算机。显示器则可将操作提示和使用者希望了解的数值及时的显示出来。随着电力电子技术、单片机和微型计算机的高速发展，外围电路元件专用集成电路的不断出现，使得直流伺服电动机控制技术有了显著进步。这些技术领域的高速发展，可以很容易的构成高精度、快响应的直流伺服系统，因而近年来世界各国在高精度、速度和位置控制场合（例如：机床进给伺服系统，军用伺服系统），都已由电力半导体驱动安装取代了电液驱动。特别是被誉为“未来伺服驱动装置”的晶体管脉冲宽度调制（PWM）直流伺服系统。其中，直流伺服系统可分为永磁直流电动机伺服系统，无槽电枢直流伺服电动机系统及空心电枢直流伺服电动机系统。而永磁直流电动机具有很重的机械特性和线性，对控制信号响应快。它又可分为晶闸管放大器驱动和晶体管脉宽（PWM）型直流伺服电动机系统。脉宽调制方式的直流调速系统的调速范围达到百万以上并具有优良的性能，也受到了人们的越来越多的关注，从而得到迅速的发展和广泛的应用，到80年代PWM驱动在直流伺服系统中的应用已经普及。 一、直流伺服系统的发展趋势 从国内的各种形式来看，数字化交直流流伺服系统的应用越来越广，用户对伺服驱动技术的要求越来越高。总的来说，伺服系统的发展趋势可以概括为以下几个方面： 交流化。 伺服技术将继续迅速地由DC伺服系统转向AC伺服系统。从目前国际市场的情况看，几乎所有的新产品都是AC伺服系统。在工业发达国家，AC伺服电机的市场占有率已经超过80%。在国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多，正在逐步地超过生产DC伺服电机的厂家。可以预见在不远的将来，除了在某些微型电机领域之外，AC伺服电机将完全取代DC伺服电机。 数字化 采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机（DSP）的伺服控制单元将全面代替以模拟电子器件为主的伺服控制单元，从而实现完全数字化的伺服系统。全数字化的实现，将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制，从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法（如:最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等）成为可能。 智能化 智能化是当前一切工业控制设备的流行趋势，伺服驱动系统作为一种高级的工业控制装置当然也不例外。必威体育精装版数字化的伺服控制单元通常都设计为智能型产品，它们的智能化特点表现在以下几个方面:首先他们都具有参数记忆功能，系统的所有运行参数都可以通过人机对话的方式由软件来设置，保存在伺服单元内部，通过通信接口，这些参数甚至可以在运行途中由上位计算机加以修改，应用起来十分方便;其次它们都具有故障自诊断与分析功能，无论什么时候，只要系统出现故障，就会将故障的类型以及可能引起故障的原因通过用户界面清楚地显示出来，这就简化了维修与调试的复杂性;除以上特点之外，有的伺服系统还具有参数自整定的功能。众所周知，闭环调节系统的参数整定是保证系统性能指标的重要环节，也是需要耗费较多时间与精力的工作。带有自整定功能的伺服单元可以通过几次试运行，自动将系统的参