伺服控制采用的新技术

伺服控制采用的新技术：

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伺服控制采用的新技术

1、伺服电机 ，

伺服电机有两项技术值得注意，一是高密度电机，采用一种叫“大极电机”的设计思想。例如六极九槽电机，定子由九个独立的极构成，在每个极上绕制集中线圈，然后再将九个极拼装起来，形成九个槽的电机铁芯。由于每个极是独立绕制和整形，所以即使采用自动机绕，也能保持槽满率高达90%。这类电机制造工艺好，空间利用和体积都达到了*小化，故称为高密度电机。从运行原理上讲，这类电机不属于旋转磁场电机，它在三相脉振磁场下工作，因此，它的适用性、设计方法和运行方式都有一定特殊性。电机界眼光都是一致的，目前，安川、松下、富士及我司kingservo京伺服小功率伺服电机产品中，均采用高密度电机设计方案。 
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2、传感器 ，
除了各类光电编码器以外，磁编码器值得关注。磁编码器的体积和重量都比光电编码器小几十倍，温度范围更宽，几乎不怕冲击和振动。其工作原理非常简单，它的定子是一颗内嵌霍尔磁敏元件和DSP的芯片，体积可以小到MSOP-24封装，它的转子是一颗两极磁钢。它的分辨率10─12位，精度8─10位。这种磁编码器目前已有供应。 
作为空间应用，为了满足-350C─800C环境要求，几乎难以采用传统的光电编码器，为此我们自行研制了磁编码器，分辨率16位，精度12位。磁编码器信号处理电路共存于驱动控制电路(FPGA)中，形成传感器与驱动控制电路一体化。 
电流传感器是伺服控制必不可少的，小功率系统可以采用电阻采样，一般可采用霍尔电流传感器。两种方法都要将模拟信号转换成数字信号，然后参于数字伺服控制。上述A/D转换的输出形式通常是串行数字脉冲或脉宽调制信号。美国IR公司专门为电阻采样设计了一款电流反馈专用芯片IR2175。它具有12位分辨率，600V原副边耐压，使用非常方便。为了提高耐压等级和有效分辨率，我们研制出一种极小体积的，基于霍尔磁平衡原理的电流传感器。它分辨率12位，耐压2500V，脉宽调制信号频率168KHz。 
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3、伺服单元 ，
2003年美国IR公司推出单芯片速率伺服控制系统，它内部包括：电机矢量FOC控制器、电流PI调节器、速度PI调节器、SVPWM调制器、传感器接口、SPI和并行通信接口等。IR公司推出的单芯片速率伺服控制系统的*重要特点是，允许用户对上百种参数进行实时的和初始化给定。 
该技术在一片FPGA中实现了FOC控制器、电流PI调节器、速度PI调节器、位置PID调节器、速度前馈控制器、IIR滤波器、SVPWM调制器、梯形速度轨迹生成器、位置指令处理器、监控与保护环节、通讯模块、寄存器堆等所有伺服控制模块，并且在内部集成了CPU，可以完成键盘、显示及外部通讯控制，为真正的数字可编程片上系统(SOPC)。 
由于所有控制算法均用硬件实现，所以伺服控制器可以达到相当高的性能，其电流环与速度环采样频率均可达到20kHz，位置环采样频率可达10kHz以上，频率指标主要由芯片本身性能限制。通过上位机可以访问所有内部寄存器，能实现各种控制目的。所有参数可以进行在线修改，包括开关频率、死区时间、调节器参数、滤波器参数等。适应于PMSM、IM、BLDCM等不同电机的驱动控制，并兼容霍尔传感器、增量式码盘、磁编码器、旋转变压器等各类传感器接口信号。可以接收脉冲指令、模拟指令以及数字指令等各种输入信号，并可通过上位机或控制面板完成所有操作功能。具有控制器识别码接口，易于实现多轴控制。 
这种单片控制器大大减少了系统体积，提高了抗干扰性，加上完善的保护措施，保证了系统运行的可靠性。 
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4、伺服组件 ,
伺服组件指：由伺服电机、机械减速或耦合机构、伺服控制器、传感器等组成的一体化伺服机构。例如：光驱主轴驱动模块、机器人的关节、汽车电动助力机构等等。对组件的基本要**：体积小、重量轻（即高密度），一体化独成系统，互换性、可复用性和高可*性等等。伺服组件是我们的重要研究方向。其中三轴和四轴组件更有特色，这些多轴伺服控制器通常可以由一个FPGA运动控制IP核来实现。另外，伺服组件中的电磁兼容、热分析与设计非常重要。 

伺服控制采用的新技术5、微小型CNC加工中心 ，
CNC加工中心是伺服控制技术的大集成。小型CNC加工中心系统由轻巧型机床主体、高密度交流伺服电机、高精度编码器、伺服单元和基于DSP+PC的数控系统五大部分组成，其显著特点是拥有轻巧的外型，除采用自动虚拟刀库外，具有常规CNC加工中心的功能和性能指标。与常规的CNC加工中心相比，该多轴加工系统具有更高的运行效率和更低的使用成本，在操作方便性、产品价格以及功能重组等许多方面都具有竞争力。它是一种能满足计算机数字控制、自动化作业、高精度加工等普遍需求的普及型产品，是生产、教学、个人创造和劳动的有力助手。CNC加工中心是伺服控制技术应用的典范。 
小型CNC加工中心的XYZ运动轴的分辨率0.001(mm)，重复精度0.01(mm)，主轴（速率控制）转速24000rpm，连动轴数4或5，支持DNC、AUTO、EDIT等工作方式，支持G代码及Mastercam、AutoCAD、Pro/E等加工数据。