直线电机的驱动控制技术应用

控制、神经网络控制等智能控制方法也被引入直线电动机驱动系统的控制中。目前主要是将模糊逻辑、神经网络与PID、H∞控制等现有的成熟的控制方法相结合，取长补短，以获得更好的控制性能。

　　3 直线电机的驱动控制技术应用

　　3．1 活塞车削数控系统

　　在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。其一，高速响应。由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。其二，精度高。直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。采用直线电机的直线运动机构由于具有响应快、精度高的特点，已成功地应用于异型截面工件的CNC车削和磨削加工中。针对产量最大的非圆截面零件，国防科学技术大学非圆切削研究中心开发了基于直线电机的高频响大行程数控进给单元。当用于数控活塞机床时，工作台尺寸为600 mm×320 mm，行程为100 mm，最大推力为160 N，最大加速度可达13 g。由于直线电机动子和工作台已固定在一起，所以只能采用闭环控制，该单元的控制系统简图如图2所示。

　　这是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。采用高精度光栅尺作为位置检测元件。定位精度取决于光栅的分辨率，系统的机械误差可以由反馈消除，获得较高的精度。

　　3．2 采用直线电机的开放式数控系统

　　采用PC机与开放式可编程运动控制器构成数控系统，以通用微机及Windows操作系统为平台，用PC机上的标准插件形式的运动控制器为控制核心，实现了数控系统的开放。基于直线电机的开放式数控系统的总体设计方案如图3所示。

　　系统采用在PC机的扩展槽中插入PCI-8132型运动控制卡的方案，由PC机、运动控制卡、伺服驱动器、直线电机、数控工作台等部分组成。其中，数控工作台由直线电机驱动，伺服控制和机床逻辑控制均由运动控制器完成，运动控制器可编程，以运动子程序的方式解释执行数控程序（G代码等，支持用户扩展）。PCI-8132是具有PCI接口的2轴运动控制卡。它能产生高频脉冲驱动步进电机和伺服电机，控制2个轴的电机运动，实现直线和圆弧插补。在数控加工中，提供位置反馈。当今的工业控制技术中PCI总线渐渐地取代了ISA总线，成为主流总线形式，它有很多优点，如即插即用（Plug and Play）、中断共享等，为用户提供了极大的方便，是目前PC机上最先进、最通用的一种总线。

 

　　4 采用直线电机数控系统软件

　　系统软件在Windows平台上开发。采用模块化程序设计，由用户输入输出界面、预处理模块等组成。用户输入输出界面实现用户的输入、系统的输出。用户输入的主要功能是让用户输入数控代码，发出控制命令，进行系统的参数配置，生成数控机床零件加工程序（G代码指令）。预处理模块读取G代码指令后，通过编译生成能够让PCI-8132运动控制卡运行的程序，从而驱动直线电机，完成直线或圆弧插补。读取G代码的过程是首先进行参数的设定，然后读取G代码，程序流程如图4所示。

　　系统选用PARKER406LXR系列直线电机。对于两坐标数控工作台，x向选用406T07型直线电机，行程为550 mm，y向选用406T05型直线电机，行程为450mm。

　　5 结论

　　采用直线电机的数控机床控制技术已在不同种类的机床上得到应用。直线电机及其驱动控制系统在技术上已日趋成熟，具有传统传动装置无法比拟的优越性能。过去人们所担心的直线电机推力小、体积大、温升高、可靠性差、不安全、难安装、难防护等问题，随着电机制造技术的改进，有关问题相应解决。而驱动与控制技术的发展又为其性能拓展和安全性提供了保证。选择合适的直线电机及驱动控制系统，配以合理的机床设计，完全可以设计制造出高性能、高可靠性的数控机床。