直线电动机在机床伺服驱动应用中的若干问题与展望.pdfVIP

《电气应用》2006年第25卷第4期 直线电动机在机床伺服驱动应用中的 若干问题与展望 郭庆鼎 赵希梅 (沈阳工业大学电气工程学院 110023) 摘 要 直线电动机在数控机床应用实现了所谓零传动，负载侧的于扰没有受到衰减，宜于 采用H”鲁棒控制方法抑制扰动的影响。为减小或消除摩擦对低速精加工时伺服特性的干扰，采 用磁悬浮技术是一个根本的解决方案。直线电动机正好集直接驱动、水平推力控制与垂直力磁悬 浮控制于一身，是未来数控机床伺服驱动的发展方向之一。 关键词 直线电动机 零传动 H。鲁棒控制 磁悬浮 且对象是一个高精度的快速运动系统¨“J。 1 引言 2．2直线电动机的特殊问题 自20世纪90年代开始，直线电动机的驱动技 这里所讲的直线电动机，它属于运动控制执行 术在精密定位领域中得到了应用。特别是随着对数 部件，而且是作为位置或速度伺服来应用的。电动 控机床加工技术要求不断地实现高速和超高速化、 机磁路的物理结构在两边端部断开，形成了一般旋 精密和超精密化，高速反应能力的直线驱动伺服技 转伺服电动机所没有的特殊现象——端部效应，它 术——所谓的零传动方式便应运而生，由于消除了 作为一个与动子速度和位置有关的扰动存在，对运 传统机械传动链所带来的一系列不良影响【l。j。 动性能有显著的不良影响，这是必须特殊考虑的一 因而极大地提高了进给系统的快速反应能力和运动 个问题…。另外，值得注意的是，直线电动机驱 精度，成为新一代数控机床中最具代表性的先进技 动是直接驱动，没有中间机械传动链。控制系统模 术之一。由此，带来了一些新问题，现做初步讨论。 型的摄动、负载扰动等不确定因素的影响将直接反 映到直线电动机的运动控制中，而没有任何中间的 2应用中的若干问题 缓冲衰减过程，因此增加了控制上的困难。直线电 2．1对模型的基本认识 动机伺服驱动一般都为全闭环控制，提高了对传感 直线电动机伺服系统与传统的“旋转电动机+ 器分辨率和反应能力的要求。也给系统的调整增加 滚珠丝杠”的进给方式相比，虽然消除了机械传动 了麻烦。此外，对散热、制动、防尘、隔磁等实际 链所带来的一些不良影响，却增加了电气电子控制 存在的问题也要妥善处理。 上的难度。在要求高精度微进给的场合，必须站在 2．3控制方法要有针对性与实用性 更微观的层次上，考虑更多的摄动与扰动等不确定 在高精度微进给运动中，必须站在更高层次 性因素对进给运动的影响。否则，零传动方式将失 上，考虑到一些更细微的干扰因素对伺服性能的影 去原来所赐予的意义。这种机械上的简化，导致了 响，必须采取有效的措施抑制这些扰动。在选取控 控制上难度的增加。因此，必须采用更有效的控制 制方法时，基于对对象模型结构和参数基本清晰的 技术加以解决。在目前的技术水平条件下，这种 认识，要考虑它存在着模型摄动、负载扰动等未知 “转嫁”显然是合理的。用软件技术和微电子器件 的不确定性因素对系统稳定性和抗扰能力的影响。 实现复杂有效的控制算法来取代对精度要求很高而 与此同时，必须从直线电动机伺服系统是一个具有 又笨重的机械部件，以获得更优良的性能，是值得 高度快速的动态系统这一具体对象的特性出