在機電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)，運動(dòng)控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，各廠(chǎng)家相繼推出運動(dòng)控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文主要介紹全閉環(huán)交流伺服驅動(dòng)（Full Closed AC Servo）、直線(xiàn)電機驅動(dòng)（Linear Motor Driving）、可編程序計算機控制器（Programmable Computer Controller，PCC）等幾項具有代表性的新技術(shù)。
1.引言
信息時(shí)代的高新技術(shù)流向傳統產(chǎn)業(yè)，引起后者的深刻變革。作為傳統產(chǎn)業(yè)之一的機械工業(yè)，在這場(chǎng)新技術(shù)革命沖擊下，產(chǎn)品結構和生產(chǎn)系統結構都發(fā)生了質(zhì)的躍變，微電子技術(shù)、微計算機技術(shù)使信息和智能與機械裝置和動(dòng)力設備相結合，促使機械工業(yè)開(kāi)始了一場(chǎng)大規模的機電一體化技術(shù)革命。
隨著(zhù)計算機電子電力和傳感器技術(shù)的發(fā)展，各先進(jìn)國家機電一體化產(chǎn)品層出不窮 。機床、汽車(chē)、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業(yè)機器人、智能機器人等許多門(mén)類(lèi)產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。機電一體化技術(shù)已越來(lái)越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業(yè)競爭力等方面起著(zhù)極大的作用。
在機電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)，運動(dòng)控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分，也得到前所未有的大發(fā)展，各廠(chǎng)家相繼推出運動(dòng)控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文主要介紹全閉環(huán)交流伺服驅動(dòng)（Full Closed AC Servo）、直線(xiàn)電機驅動(dòng)（Linear Motor Driving）、可編程序計算機控制器（Programmable Computer Controller，PCC）等幾項具有代表性的新技術(shù)。
2.全閉環(huán)交流伺服驅動(dòng)技術(shù)
在一些定位精度或動(dòng)態(tài)響應要求比較高的機電一體化產(chǎn)品中，廣泛使用數字式交流伺服系統。這種伺服系統的驅動(dòng)器對電機軸后端部的光電編碼器進(jìn)行位置采樣，在驅動(dòng)器和電機之間構成位置和速度的閉環(huán)控制系統。位置控制分辨高，可靠性好。
通常帶位置環(huán)的伺服系統，位置環(huán)的反饋采樣取自伺服電機的編碼器，對于傳動(dòng)鏈上的間隙及誤差還不能補償克服，只能形成半閉環(huán)的位置控制系統。松下公司新近推出了一種更完善、可以實(shí)現更高精度的全閉環(huán)全數字式伺服系統，其控制原理如圖1所示。
通常帶位置環(huán)的伺服系統，位置環(huán)的反饋采樣取自伺服電機的編碼器，對于傳動(dòng)鏈上的間隙及誤差還不能補償克服，只能形成半閉環(huán)的位置控制系統。松下公司新近推出了一種更完善、可以實(shí)現更高精度的全閉環(huán)全數字式伺服系統，其控制原理如圖1所示。
該系統克服了上述半閉環(huán)系統的缺陷，位置環(huán)的采樣可以直接采自裝在最后一級機械上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉編碼器等)，而電機上的編碼器此時(shí)僅作為速度環(huán)的反饋，這樣就可以消除機械上存在的一切間隙，并且該伺服系統還可以對機械傳動(dòng)上出現的誤差進(jìn)行補償，達到真正全閉環(huán)的功能，實(shí)現高精度的位置控制。而且這種全閉環(huán)控制均由驅動(dòng)器來(lái)完成，無(wú)需增加上位控制器的負擔。
由于采用全閉環(huán)交流伺服系統能獲得極高的定位精度，而不需增加上位控制系統的復雜程度。所以它廣泛應用于數控機床、臺鉆機等高精度數控設備。
3.直線(xiàn)電機驅動(dòng)技術(shù)
直線(xiàn)電動(dòng)機在機床進(jìn)給伺服系統中的應用，近幾年來(lái)已在世界機床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達地區掀起“直線(xiàn)電動(dòng)機熱”。
在機床進(jìn)給系統中，采用直線(xiàn)電動(dòng)機直接驅動(dòng)與原旋轉電動(dòng)機傳動(dòng)的最大區別是取消了從電動(dòng)機到工作臺（拖板）之間的一切機械中間傳動(dòng)環(huán)節，把機床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(cháng)度縮短為零。這種傳動(dòng)方式被稱(chēng)為“零傳動(dòng)”。正由于這種“零傳動(dòng)221;方式，帶來(lái)了原旋轉電動(dòng)機驅動(dòng)方式無(wú)法達到的性能指標和一定優(yōu)點(diǎn)。
（1） 高速響應 由于系統中直接取消了一些響應時(shí)間常數較大的如絲杠等機械傳動(dòng)件，使整個(gè)閉環(huán)控制系統動(dòng)態(tài)響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷。
（2） 精度 直線(xiàn)驅動(dòng)系統取消了由于絲杠等機械機構引起的傳動(dòng)誤差減少了插補時(shí)因傳動(dòng)系統滯后帶來(lái)的跟蹤誤差。通過(guò)直線(xiàn)位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。
（3） 動(dòng)剛度高 由于“直接驅動(dòng)”，避免了啟動(dòng)、變速和換向時(shí)因中間傳動(dòng)環(huán)節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動(dòng)滯后現象，同時(shí)提高了其傳動(dòng)剛度。
（4）速度快、加減速過(guò)程短 由于直線(xiàn)電動(dòng)機最早主要用于磁懸浮列車(chē)（時(shí)速可達500Km/h），所以用在機床進(jìn)給驅動(dòng)中，要滿(mǎn)足其超高速切削的最大進(jìn)個(gè)速度（要求達60～100M/min或更
高）當然是沒(méi)有問(wèn)題的。也由于上述零傳動(dòng)的高速響應性，使其加減速過(guò)程大大縮短。以實(shí)現起動(dòng)時(shí)瞬間達到高速，高速運行時(shí)又能瞬間準停?？色@得較高的加速度，一般可達（2～10）g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動(dòng)的最大加速度只有（0.1～0.5）g.
（5）行程長(cháng)度不受限制 在導軌上通過(guò)串聯(lián)直線(xiàn)電機，就可以無(wú)限延長(cháng)其行程長(cháng)度。
（6） 動(dòng)安靜、噪音低 由于取消了傳動(dòng)絲杠等部件的機械摩擦，且導軌又可采用滾動(dòng)導軌或磁墊懸浮導軌（無(wú)機械接觸），其運動(dòng)時(shí)噪音將大大降低。
（7） 效率高 由于無(wú)中間傳動(dòng)環(huán)節，消除了機械摩擦時(shí)的能量損耗?？茽柲Ω鵓LATINNM DDL系列直線(xiàn)電機和SERVOSTAR CD系列數字伺服放大器構成一種典型的直線(xiàn)永磁伺服系統，它能提供很高的動(dòng)態(tài)響應速度和加速度、極高的剛度、高的定位精度和平滑的無(wú)差運動(dòng)。
4.可編程計算機控制器技術(shù)
自20世紀60年代末美國第一臺可編程序控制器PLC問(wèn)世以來(lái)，PLC控制技術(shù)已走過(guò)了30年的發(fā)展歷程，尤其是隨著(zhù)近代計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，它已在軟硬件技術(shù)方面遠遠走出了當初的“順序控制”的雛形階段?？删幊逃嬎銠C控制器（PCC）就是代表這一發(fā)展趨勢的新一代可編程控制器。
與常規的PLC相比較，PCC最大的特點(diǎn)在于其類(lèi)似于大型計算機的分時(shí)多任務(wù)操作系統和多樣化的應用軟件的設計。常規的PLC大多采用單任務(wù)的時(shí)鐘掃描或監控程序來(lái)處理程序本身的邏輯運算指令和外部的I/O通道的狀態(tài)采集與刷新。這樣處理，直接導致了真正意義上的“控制速度”依賴(lài)于應用程序的大小，這一結果無(wú)疑是同I/O通道中高實(shí)時(shí)性的控制要求相違背的。PCC的系統軟件完美地解決了這一問(wèn)題，它采用分時(shí)多任務(wù)機制構筑其應用軟件的運行平臺，這樣應用程序的運行周期則與程序長(cháng)短無(wú)關(guān)，而是由操作系統的循環(huán)周期決定。由此，它將應用程序的掃描周期同真正外部的控制周期區別開(kāi)來(lái)，滿(mǎn)足了真正實(shí)時(shí)控制的要求。當然，這種控制周期可以在CPU運算能力允許的前提下，按照用戶(hù)的實(shí)際要求，任意修改。
基于這樣的操作系統，PCC的應用程序由多任務(wù)模塊構成，給項目應用軟件的開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大的便利。因為這樣可以方便地按照控制項目中各部分不同的功能要求，如運動(dòng)控制、數據采集，報警，PID調節運算，通信控制等，分別編制出控制程序模塊（任務(wù)），這些模塊既獨立運行，數據間又保持一定的相互關(guān)聯(lián)，這些模塊經(jīng)過(guò)分步驟的獨立編制和調試之后，可一同下載至PCC的CPU中，在多任務(wù)操作系統的調度管理下并行運行，共同實(shí)現項目的控制要求。
PCC在工業(yè)控制中強大的功能優(yōu)勢，體現了可編程控制器與工業(yè)控制計算機及DCS（分布式工業(yè)控制系統）技術(shù)互相融合的發(fā)展潮流，雖然這還是一項較為年輕的技術(shù)，但在其越來(lái)越多的應用領(lǐng)域中，它正日益顯示出不可低估的發(fā)展潛力。
5.結束語(yǔ)
科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，促使運動(dòng)控制技術(shù)不斷進(jìn)步，這必將使我國的機電一體化技術(shù)水平不斷提高。
