FANUC的伺服技术与伺服装置

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3 驱动装置的反击式粉碎机发展

FANUC的驱动装置主要由3部分组成：电源、板式输送链放大器、控制。
电源主要把交流变为直流，把泵升电压送回电网或加以处理，在电源故障时冷矿筛进行保护等功能。

早期开发的晶闸管伺服系统控制简单，速度范围能满足一般数控机床的需要，由于晶闸管额定电流大，短时间过电流能力强，因此对大惯量直流伺服电机可以发挥过负荷、高速、高加减速的特点。控制一般采用移相控制的方法。晶闸管伺服系统的缺点是功率转煤粉振动筛换的频率较低，只能是电网的频率50Hz或者高达300Hz。因此，其伺服装置低速电流波动较大、调速范围不大、快速响应慢。

由于上述原因， 从技术上FANUC又推出了PWM(脉冲宽度调制YZS系列小型振动电机)控制的电路。比如，以固定的频率调制直流电源电压V0，当方波的占空比△t/T0变化时，输出平均电压V1为：

V1=[△t/T0]V0 (3胶带机)

然这种电压的波形也是脉动的，但是由于调制的频率可以达到很高，因此波形仍然可以很好。从上述原理看出，PW筛粉机M的特点可以使系统的快速性提得很高。如果采用晶体管，其动态调节时间比可控硅快，但允许的电流较小，因此比较适合中、小功率的驱动电路。

除了直流进给电机外，FANUC的交流电机也采用PWM控制。交流电机的控制，是通过交流、直流、交流的原石料破碎机理产生交流电压去控制交流电机。首先电网的交流电压经过整流变成直流电压，供电给逆变器，它把直流磁路，减小低速脉动。这种电机非常适合数控车床和数控齿轮机床的应用。除此以外，FANUC还开发了与机床主轴直连的主轴电机，油冷主轴电机。为了简化变成交流；而逆变器是由PWM控制的，通过PWM电路，变化交流电压的幅值，频率低时，输出电压的幅值也低，频率高时，由于采用PWM的控制，输出电压的幅值也高。这样就达到变频的同时也改变了电压。不但进给驱动系统采用这个原理；而且交流主轴电机的调速也是如此。一般频率为3kHz～10kHz。

伺服技术的发展与电力电子技术的发展有关，上世纪50年代初使用的功率电子器件为电子管、闸流管，体积大、寿命短、效率低；60年代之后，又相继出现了晶闸管SCR(可控硅整流器)、功率晶体管GTR、功率场效应管MOSFET、绝缘栅三极管IGBT、智能功率模块IPXZS系列旋转筛M等。把功率放大、触发控制、驱动、保护电路集成在一起。这些器件的出现，大大提高了系统的控制性能及集成度、可靠性，从而缩小了尺寸，降低了成本。

4锤式打砂机 控制技术的发展

FANUC为了提高伺服装置的性能和实现数控系统的功能，对控制技术不断进行改进。其中最重要的控制功能为HRV控制。如图2所示。FANUC的CNC采用交流伺服电机，实际流过绕组的电流为交流电流。这砂石生产线有二种方法可以进行控制：(1)电流控制环和控制都为AC量；(2)通过坐标变换电流变量为DC量进行控制。现在一般采用后者进行控制。也称矢量变换控制。矢量控制原理为：交流电机中，转子由定子绕组感应的电流产生磁场；而定子电流含两个成份，一个影响激磁磁场，另一个影响电机输出转矩。这两个电流成份在定子耦合在一起，为了使交流电机应用在既需要速度又需要转矩控制的场合，必须把影响转矩的电流成份解耦控制，采用磁通向量控制法就可以分离这两个成份， 并进行独立控制。HRV就是基于后者的控制。由于采用DC控制，它的控制特性不取决于电机的速度(即电流的频率)，从速度控制的观点出发，这意味着由转矩指令决定的实际的转矩与电机的速度无关。交流异步电机虽然价格便宜、结构简单，早期由于电力电子器件笨重、落后，控制理论陈旧，控制性能差，所以交流电机很长时间没有在NC系统上得到应用。随着电力电子技术的发展，1971年，德国西门子的Blaschke发明了交流异步机的磁通矢量控制法；1980年，德国人Leonhard为首的研究小组在应用微处理器的矢量控制的研究中取得进展， 使矢量控制实用化。上世纪70年代末，NC机床逐渐采用异步电机为主轴的驱动电机。对现代数控系统，伺服技术取得的最大突破可以归结为：交流驱动取代直流驱动、数字控制取代模拟控制(或者把它称为软件控制取代硬件控制)。这两种突破的结果产生了交流数字驱动系统，特别是数字信号处理器DSP的应用，系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强。因而推动了数控机床高精高速加工技术的发展。

图2 HRV控制框棒磨式制砂机图

HRV是“高响应矢量”(High Respons Vector)的意义。所谓HRV控制是对交流电机矢量控制从硬件和软件方面进行优化，以实现伺服装置的高性能化，从而使数控机床的加工达到高速和高精；为了实现高速和高精，进给伺服装置的HRV主要控制：(1)对输入指令具有高精高速的响应；减少采样时间，对电流进行高精度检测；优化软件设计，对电流和速度进行控制，以加大速度增益和位置增益， 从而提高改善系统的性能；(2)对外部的干扰具有良好的鲁棒性；(3)采用高精度编码器； (4) 设置HRV滤波器， 减少机械谐振影响。通过以上措施可使系统的速度增益达到5000%，位置增益达到300/秒。而主轴伺服装置的HRV主要控制：(1)设置H移动式皮带输送机RV滤波器，减少机械谐振影响，加大速度增益；提高系统稳定性；(2)精调加减速，提高同步性；(3)降低高速时绕组温升。

5 采用惯性振动器数字伺服的自调谐技术，方便于调试

为了使用户方便调试， 对伺服装置， FANUC 还设计了“ Servo Guide”软件工具。它采用自调谐(self tuning)技术通过计算机可自jzo振动电机动地把伺服参数进行设定，并显示运转的波形，使伺服系统方便、准确、快速地调试和进行维修。 (