汪群華

摘要：

計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的提高，出現(xiàn)了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制卡等控制新技術(shù)。這些技術(shù)為我國(guó)工業(yè)水平的提高與機(jī)電一體化水平的進(jìn)步發(fā)揮了比較大的作用。本文就機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中的運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)進(jìn)行淺顯的分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工業(yè)；自動(dòng)化；運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)

一、引言

傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展沖擊下，不斷革新，這也為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)會(huì)。機(jī)械工業(yè)是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一。新技術(shù)的革新使其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)都發(fā)生了重大變化。微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。機(jī)電一體化不斷的技術(shù)改革，使得機(jī)電一體化的產(chǎn)品比如汽車、家用電器、冶金機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人、包裝機(jī)械等，每隔一段時(shí)間都會(huì)有新的進(jìn)展。機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)中發(fā)揮著比較重要的作用，提高了人民的生活水平與工作效率，降低了材料的消耗，增強(qiáng)了企業(yè)發(fā)展當(dāng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)電一體化迅速發(fā)展的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)也得到不斷發(fā)展。機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中的運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)得到大大發(fā)展，出現(xiàn)了全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)(Full ClosedAC Servo)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)(Linear Motor Driving)、可編程序計(jì)算機(jī)控制器(Programmable Computer Controller,PCC)和運(yùn)動(dòng)控制卡(Motion Con-trolling Board)等新技術(shù)。

二、機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化當(dāng)中的幾種運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)

（一）全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

機(jī)電一體化產(chǎn)品的定位精度與動(dòng)態(tài)響應(yīng)若要求比較高，通常會(huì)用到交流伺服系統(tǒng)，其中的數(shù)字交流伺服系統(tǒng)更合適數(shù)電控制。數(shù)字交流伺服系統(tǒng)采用了數(shù)字信號(hào)處理器的驅(qū)動(dòng)器，可以對(duì)機(jī)械電機(jī)軸后端部的光電編碼器進(jìn)行位置采樣，電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間就構(gòu)成了位置與速度的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高速的運(yùn)算控制能力，能夠自動(dòng)完成整個(gè)伺服系統(tǒng)的增益調(diào)節(jié)，對(duì)于機(jī)械中負(fù)載的變化也可以跟蹤到，能夠根據(jù)負(fù)載情況實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的增益，甚至有的驅(qū)動(dòng)器還具有快速傅立葉變換的功能，能把機(jī)械共振點(diǎn)測(cè)算出來(lái)，還通過陷波濾波方式能消除機(jī)械共振。通常情況下，此類數(shù)字交流伺服系統(tǒng)一般工作在半閉環(huán)的控制方式中，這種控制方式在傳動(dòng)鏈上會(huì)有間隙，誤差得不到補(bǔ)償。如果想得到更高精度的控制，需要在最終的運(yùn)動(dòng)部分安裝比較高精度的電子檢測(cè)元器件比如光電編碼器等，這樣就實(shí)現(xiàn)了全閉環(huán)的控制。這種運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)與傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制的方法相比而言，伺服系統(tǒng)只能接受速度指令，對(duì)速度環(huán)進(jìn)行控制，對(duì)位置環(huán)的控制則由上位控制器來(lái)工作實(shí)現(xiàn)。這樣導(dǎo)致在很大程度上增加了上位控制器的難度，抑制了伺服系統(tǒng)的推廣。目前，國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了一種更加完善、可實(shí)現(xiàn)更加高精度的全閉環(huán)數(shù)字式伺服系統(tǒng)，讓機(jī)械實(shí)現(xiàn)更高精度的自動(dòng)化水平越來(lái)越容易。這種國(guó)外的全閉環(huán)數(shù)字式控制伺服系統(tǒng)就避免了上述的半畢環(huán)控制系統(tǒng)的不足，伺服驅(qū)動(dòng)器可以直接采樣裝載最后一級(jí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的位置反饋元件，來(lái)作為置環(huán)，而電機(jī)上的編碼器反饋此時(shí)只當(dāng)做速度環(huán)，此伺服系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動(dòng)上出現(xiàn)的齒輪間隙等，同時(shí)補(bǔ)償了機(jī)械傳動(dòng)件的制造誤差，獲得真正的全閉環(huán)位置控制功能，得到的定位精度也非常高。這種機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中的全閉環(huán)控制都由驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要增加上位控制器的負(fù)擔(dān)，使得它的應(yīng)該越來(lái)越普遍。

(二)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)也是機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中的運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)。直線電機(jī)在機(jī)床行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用越來(lái)越被受到重視，尤其在西歐等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)直線電機(jī)應(yīng)用非常看好。在機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)當(dāng)中，使用直線電動(dòng)機(jī)代替原旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)的最大的區(qū)別是取消了電機(jī)到工作臺(tái)之間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，使得機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度被縮減為零，此種傳動(dòng)也被稱為“零傳動(dòng)”。領(lǐng)傳動(dòng)方式的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了原來(lái)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有一系列的特點(diǎn)。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)當(dāng)中取消了一些響應(yīng)時(shí)間常數(shù)比較大的機(jī)械傳動(dòng)零器件比如絲杠等，這樣讓整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)得到了很大程度的提高，機(jī)器反應(yīng)也非常的靈敏；同時(shí)機(jī)械產(chǎn)生的傳動(dòng)間隙與誤差也大大地降低，通過直線檢測(cè)反饋控制，在很大程度上提高了機(jī)床的定位精度。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)因驅(qū)動(dòng)是“直接驅(qū)動(dòng)”，免去了啟動(dòng)、換向時(shí)中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的彈性變形、反向間隙所出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)滯后現(xiàn)象，從很多程度提高了傳動(dòng)的剛度。直線電動(dòng)機(jī)還具有速度比較快、速度加與減的過程比較短、行程長(zhǎng)度不受限制、機(jī)械運(yùn)動(dòng)比較安靜、機(jī)械工作的噪音偏低等特點(diǎn)。此外，直線電動(dòng)機(jī)省掉了一些中間環(huán)節(jié)，機(jī)械摩擦損耗就少了許多，這樣傳動(dòng)效率就大大地得到提高。直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越多，尤其在機(jī)械的運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)當(dāng)中受到很大的重視。國(guó)外發(fā)達(dá)工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制的企業(yè)的推廣已經(jīng)達(dá)到比較火爆的程度，比如日本三井精機(jī)公司、美國(guó)科爾摩根公司等應(yīng)用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

(三) 可編程序計(jì)算機(jī)控制器

可編程控制器的發(fā)展已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，到目前經(jīng)過了三十多年的發(fā)展，技術(shù)趨于成熟，尤其加上這些年來(lái)微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器結(jié)合了這些先進(jìn)技術(shù)的特點(diǎn)，形成了新一代的可編程控制器即可編程序計(jì)算機(jī)控制器?？删幊逃?jì)算機(jī)控制器和傳統(tǒng)的控制器相比，它有一個(gè)比較大的優(yōu)點(diǎn)，那就是它有著大型計(jì)算機(jī)分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)與多樣化的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的可編程控制器比較多地運(yùn)用了單任務(wù)的時(shí)鐘掃描或者監(jiān)控程序來(lái)處理程序自身的邏輯運(yùn)算指令與外部的進(jìn)出通道信號(hào)狀態(tài)的采集和刷新，采用這種方式就限制了可編程控制器的速度控制大小，與進(jìn)出通道當(dāng)中的高實(shí)時(shí)性控制相違背?？删幊逃?jì)算機(jī)控制器就比較完美地解決了傳統(tǒng)可編程控制器的這一缺點(diǎn)。計(jì)算機(jī)控制器采用了分時(shí)多任務(wù)機(jī)制構(gòu)筑了應(yīng)用軟件的運(yùn)行平臺(tái)，那么應(yīng)用程序的運(yùn)行周期就與程序的長(zhǎng)度沒有關(guān)系，只與循環(huán)周期有大的關(guān)系，這樣達(dá)到了實(shí)時(shí)控制的要求。計(jì)算機(jī)可編程控制技術(shù)的操作系統(tǒng)幫助了工程應(yīng)用軟件的開發(fā)。計(jì)算機(jī)控制器的各個(gè)模塊比如數(shù)據(jù)采集、通信控制等可以進(jìn)行獨(dú)立的運(yùn)行，各個(gè)數(shù)據(jù)之間又保持著相互聯(lián)系。各個(gè)模塊經(jīng)過獨(dú)立編制與測(cè)試之后，可以同時(shí)下載到其中央處理器當(dāng)中，能實(shí)現(xiàn)多任務(wù)操作下的并行運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了對(duì)項(xiàng)目共同的控制。計(jì)算機(jī)可編程控制器在機(jī)械工業(yè)控制中體現(xiàn)了比較強(qiáng)大的功能優(yōu)勢(shì)。它的應(yīng)用將越來(lái)越得到全面開發(fā)。

(四)運(yùn)動(dòng)控制卡

運(yùn)動(dòng)控制卡就是一種工業(yè)的PC機(jī)，它主要用作各種運(yùn)動(dòng)控制當(dāng)中的上位控制單元。它作為機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中的運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)，完全符合新型數(shù)控系統(tǒng)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)與要求，滿足了包裝機(jī)械、國(guó)防裝備、印刷機(jī)械等改造的硬件平臺(tái)，達(dá)到了PC機(jī)借助運(yùn)動(dòng)控制卡強(qiáng)大的功能特點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)控制卡一般都會(huì)采用專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制芯片來(lái)作為運(yùn)動(dòng)控制的核心部分，通常情況下，運(yùn)動(dòng)控制卡和PC機(jī)會(huì)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)控制卡會(huì)有比較開放的DOS或Windows系統(tǒng)等來(lái)作為控制系統(tǒng)，PC機(jī)則管控著運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、鍵盤管理、鼠標(biāo)管理等。運(yùn)動(dòng)控制卡正因有結(jié)構(gòu)開放的特點(diǎn)，它能應(yīng)用于制造機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中比較多的領(lǐng)域。運(yùn)動(dòng)控制卡在國(guó)外的機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的控制中比較流行。它也形成了一個(gè)獨(dú)立的專門行業(yè)。在國(guó)內(nèi)，運(yùn)動(dòng)控制卡應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中也相繼已經(jīng)有出現(xiàn)。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中的運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)的出現(xiàn)與現(xiàn)代科技技術(shù)的不斷發(fā)展有著密切的關(guān)系，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)與微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，加速了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程。運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)的出現(xiàn)也加速了機(jī)電一體化新的進(jìn)程，為機(jī)電一體化的在制造業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)福音。所以，全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、可編程計(jì)算機(jī)控制器、運(yùn)動(dòng)控制卡等為代表的運(yùn)動(dòng)新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越突出，為提高工業(yè)工作效率，降低損耗，得到更高的精度，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能操作等方面發(fā)揮重要的作用。這些運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)有相當(dāng)程度的應(yīng)用，取得了一些成績(jī)，相信，在國(guó)內(nèi)也會(huì)加大速度發(fā)展與推廣這些運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)，為我國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)水平的提高做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李建升．機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中的運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)[J]鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（01）

[2] 李丹，馬振華. 淺論運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)在機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用[J]科技資訊，2008（15）

[3] 翟斌. 運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)探析[J]科技信息，2011(18)

[4] 高龍．運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)探討[J]河南科技, 2010(22)

[5] 劉彥鸝．運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)及其應(yīng)用[J]裝備制造技術(shù), 2009（08）

[6] 錢習(xí)群．淺議運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)[J]成功, 2010（11）