摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在機械工業(yè)自動化中出現(xiàn)了一些控制新技術(shù)：全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動技術(shù)、直線電機驅(qū)動技術(shù)、可編程計算機控制器、運動控制卡等。文章主要分析了這些現(xiàn)代控制技術(shù)的基本原理、特點以及應(yīng)用現(xiàn)狀。
　　關(guān)鍵詞：直線電機；控制器；運動控制
　　
　　隨著計算機技術(shù)、電子電力技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，機電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。
　　
　　一、交流伺服驅(qū)動
　　
　　在一些定位精度或動態(tài)響應(yīng)要求比較高的機電一體化產(chǎn)品中，交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，其中數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)更符合數(shù)字化控制模式的潮流，而且調(diào)試、使用十分簡單，因而倍受青睞。這種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動器采用了先進(jìn)的數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP），可以對電機軸后端部的光電編碼器進(jìn)行位置采樣，在驅(qū)動器和電機之間構(gòu)成位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并充分發(fā)揮DSP的高速運算能力，自動完成整個伺服系統(tǒng)的增益調(diào)節(jié)，甚至可以跟蹤負(fù)載變化，實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益；有的驅(qū)動器還具有快速傅立葉變換（FFT）的功能，測算出設(shè)備的機械共振點，并通過陷波濾波方式消除機械共振。
　　該系統(tǒng)克服了上述半閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺陷，伺服驅(qū)動器可以直接采樣裝在最后一級機械運動部件上的位置反饋元件（如光柵尺、磁柵尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等），作為位置環(huán)，而電機上的編碼器反饋此時僅作為速度環(huán)。這樣伺服系統(tǒng)就可以消除機械傳動上存在的間隙，補償機械傳動件的制造誤差，實現(xiàn)真正的全閉環(huán)位置控制功能，獲得較高的定位精度。而且這種全閉環(huán)控制均由伺服驅(qū)動器來完成，無需增加上位控制器的負(fù)擔(dān)，因而越來越多的行業(yè)在其自動化設(shè)備的改造和研制中，開始采用這種伺服系統(tǒng)。
　　
　　二、直線電機驅(qū)動
　　
　　在機床進(jìn)給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與原旋轉(zhuǎn)電機傳動的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環(huán)節(jié)，把機床進(jìn)給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為“零傳動”，它具有原旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動方式無法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點。
　　1、高速響應(yīng)。由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時間常數(shù)較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能大大提高。
　　2、精度。直線驅(qū)動系統(tǒng)取消了因絲杠等機械機構(gòu)產(chǎn)生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差，提高了機床的定位精度。
　　3、動剛度高。由于“直接驅(qū)動”，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現(xiàn)象，同時也提高了其傳動剛度。
　　4、速度快。由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車（時速可達(dá)500Km/h），所以用在機床進(jìn)給驅(qū)動中，要滿足其超高速切削的最大進(jìn)個速度（要求達(dá)60～100M/min或更高）當(dāng)然是沒有問題的。也由于上述“零傳動”的高速響應(yīng)性，使其加減速過程大大縮短。以實現(xiàn)起動時瞬間達(dá)到高速，高速運行時又能瞬間準(zhǔn)停?？色@得較高的加速度，一般可達(dá)2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。
　　5、行程長度不受限制。在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電機，就可以無限延長其行程長度。
　　6、運動動安靜、噪音低。由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導(dǎo)軌又可采用滾動導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。
　　7、效率高。由于無中間傳動環(huán)節(jié)，消除了機械摩擦?xí)r的能量損耗，傳動效率大大提高。
　　
　　三、計算機控制器
　　
　　d5a3168aa3a746d4a565f1581f50daa3d61e42400472c2a356ef365fe8a69f82與傳統(tǒng)的PLC相比較，PCC最大的特點在于它類似于大型計算機的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)和多樣化的應(yīng)用軟件的設(shè)計。傳統(tǒng)的PLC大多采用單任務(wù)的時鐘掃描或監(jiān)控程序來處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態(tài)采集與刷新。這樣處理方式直接導(dǎo)致了PLC的“控制速度”依賴于應(yīng)用程序的大小，這一結(jié)果無疑是同I/O通道中高實時性的控制要求相違背的。PCC的系統(tǒng)軟件完美地解決了這一問題，它采用分時多任務(wù)機制構(gòu)筑其應(yīng)用軟件的運行平臺，這樣應(yīng)用程序的運行周期則與程序長短無關(guān)，而是由操作系統(tǒng)的循環(huán)周期決定。由此，它將應(yīng)用程序的掃描周期同外部的控制周期區(qū)別開來，滿足了實時控制的要求。當(dāng)然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶的實際要求，任意修改。
　　基于這樣的操作系統(tǒng)，PCC的應(yīng)用程序由多任務(wù)模塊構(gòu)成，給工程項目應(yīng)用軟件的開發(fā)帶來很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運動控制、數(shù)據(jù)采集、報警、PID調(diào)節(jié)運算、通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務(wù)），這些模塊既獨立運行，數(shù)據(jù)間又保持一定的相互關(guān)聯(lián)，這些模塊經(jīng)過分步驟的獨立編制和調(diào)試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下并行運行，共同實現(xiàn)項目的控制要求。
　　
　　四、運動控制卡
　　
　　運動控制卡是一種基于工業(yè)PC機、用于各種運動控制場合的上位控制單元。運動控制卡通常采用專業(yè)運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進(jìn)電機或伺服電機。運動控制卡與PC機構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC機負(fù)責(zé)人機交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控等方面的工作；控制卡完成運動控制的所有細(xì)節(jié)。運動控制卡都配有開放的函數(shù)庫供用戶在DOS或Windows系統(tǒng)平臺下自行開發(fā)、構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種結(jié)構(gòu)開放的運動控制卡能夠廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)中設(shè)備自動化的各個領(lǐng)域。
　　計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，推動著工業(yè)運動控制技術(shù)不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了諸如全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、直線電機驅(qū)動技術(shù)、可編程計算機控制器、運動控制卡等許多先進(jìn)的實用技術(shù)，為開發(fā)和制造工業(yè)自動化設(shè)備提供了高效率的手段。這也必將促使我國的機電一體化技術(shù)水平不斷提高。
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