伺服控制系統(tǒng)有哪些分類和優(yōu)勢？伺服電機在雕刻機上應(yīng)用介紹！

伺服控制系統(tǒng)作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)之一，是工業(yè)自動化不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)。位置伺服控制系統(tǒng)，一般是以足夠的位置控制精度(定位精度)、位置跟蹤精度(位置跟蹤誤差)和足夠快的跟蹤速度作為它的主要控制目標。系統(tǒng)運行時要求能以一定的精度隨時跟蹤指令的變化，因而系統(tǒng)中伺服電動機的運行速度常常是不斷變化的。故伺服系統(tǒng)在跟蹤性能方面的要求一般要比普通調(diào)速系統(tǒng)高且嚴格得多。由于直流電動機存在電刷和換向器的限制，以及直流伺服系統(tǒng)生產(chǎn)、維護成本高。伴隨著新的控制器件和電機控制方法的出現(xiàn)，伺服系統(tǒng)的已經(jīng)廣泛地替代了直流伺服系統(tǒng)。下面?小編為您介紹伺服電機的分類及優(yōu)勢。

1伺服系統(tǒng)分類

伺服系統(tǒng)根據(jù)處理信號的方式不同，大致可以分為數(shù)字模擬混合式伺服、模擬式伺服和全數(shù)字式伺服；若根據(jù)所使用的伺服電動機的種類不同，又可分為三種：一種是用永磁同步伺服電動機構(gòu)成的伺服系統(tǒng)，包括方波永磁同步電動機（無刷直流機）伺服系統(tǒng)和正弦波永磁同步電動機伺服系統(tǒng)；另一種是用鼠籠型異步電動機構(gòu)成的伺服系統(tǒng)。二者的不同之處在于永磁同步電動機伺服系統(tǒng)中需要采用磁極位置傳感器而感應(yīng)電動機伺服系統(tǒng)中含有滑差頻率計算部分。若采用微處理器軟件實現(xiàn)伺服控制，可以使永磁同步伺服電動機和鼠籠型異步伺服電動機使用同一套伺服放大器。

2伺服電機的優(yōu)勢

步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。主要存在以下幾點區(qū)別。

（1）控制精度不同

伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。對于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。

（2）矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。

（3）低頻特性不同

步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能，可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。

（4）運行性能不同

步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。

（5）速度響應(yīng)性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。伺服系統(tǒng)的加速性能較好。

伺服電機應(yīng)用在雕刻機上

雕刻機是廣泛地應(yīng)用于廣告業(yè)、工藝業(yè)、模具業(yè)、建筑業(yè)、印刷包裝業(yè)、木工業(yè)、裝飾業(yè)等，對亞克力板、PVC板、芙蓉板、雙色板、木工板、密度板、大理石、防火板、橡膠板、玻璃等進行雕銑加工的數(shù)控設(shè)備。 雕刻機按照加工材料與用途，可分廣告雕刻機、木工雕刻機、石材雕刻機、模具雕刻機、 玻璃雕刻機等類型。木工雕刻機是雕刻機中應(yīng)用最多的一種，主要在木制的半成品上雕銑圖案文字，制作成更有藝術(shù)價值和欣賞價值的家具。適用于立體波浪板加工、櫥柜門、實木門、工藝木門、免漆門，屏風和工藝扇窗加工產(chǎn)品的輔助加工。

雕刻機的電機要求——高轉(zhuǎn)速：3000rpm；小功率：200W、400W、750W；低轉(zhuǎn)動慣量；小慣量電機；低慣量比：0.5～2倍；高反饋分辨率：17位、20位、22位

雕刻機的驅(qū)動要求——高增益、高穩(wěn)定性；頻率特性分析：幅頻、相頻、裕度；陷波濾波器：多頻點、頻點自適應(yīng)；轉(zhuǎn)動慣量辨識。

伺服電機在雕刻機中的應(yīng)用問題——參數(shù)適用度：對于批量生產(chǎn)的相同型號和規(guī)格的雕刻機，一套伺服參數(shù)必須適用于同一批次的所有雕刻機；伺服自身運行/響應(yīng)特性的一致性和穩(wěn)定性是基礎(chǔ)；不能指望僅僅依靠伺服電機解決所有問題，雕刻機機械特性的一致性是保證參數(shù)適應(yīng)性的根本。

高分辨率編碼器源自雕刻機對性能的要求——歐美數(shù)控早已采用每轉(zhuǎn)400萬、800萬以至1600萬以上反饋分辨率，4096～16384倍細分；海德漢伺服用編碼器25位分辨率和14位細分；FANUCαi系列伺服標配100萬線反饋分辨率，可選1600萬（配合30i系統(tǒng)支持納米插補），βi標配17位；三菱數(shù)控專用HF系列伺服電機低配18位，標配100萬，選配1600萬（配合M700數(shù)控系統(tǒng)支持納米插補）；國內(nèi)數(shù)控企業(yè)近幾年也開始認識和重視高反饋分辨率的實用價值。

伺服電機在雕刻機中的應(yīng)用展望

1）數(shù)控專用伺服：數(shù)控系統(tǒng)+總線+共直流母線的模塊化驅(qū)動器；上位閉位置環(huán)、速度環(huán)，甚至電流環(huán)

2）模塊化驅(qū)動器：集中供電電源模塊＋伺服驅(qū)動模塊＋主軸驅(qū)動模塊；共直流母線、共控制供電；（串行）實時總線互聯(lián)；書本式緊湊安裝；穿墻式后置散熱，液冷背板散熱。

3）數(shù)控專用伺服高性能化：高速、高精度電流環(huán)；高反饋分辨率；環(huán)路頻響/穩(wěn)定性；全閉環(huán)、龍門同步

4）通用伺服電機多功能化：總線接入能力；編碼器接入能力；功能集成，電子齒輪（相位追蹤補償）、電子凸輪、內(nèi)置PLC/單軸控制器；安全功能。