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　　GL2-400-ACC2-G V1.0控制器渠道商介绍，铣床沿预定途径挪动高速旋转的切割工具，对固体金属块停止切削，从而消费金属制品部件。精细加工是一个多步骤过程，先是粗略切削，然后经过多道精密切削才干到达请求。多个电机驱动进给主轴和多个丝杠来定位工具头。电机位置与速度伺服驱动器的功率和刚度决议了支持特定外表处置精度程度的**切削速率。因而，高性能电机驱动器可进步切削速率或减少切削次数，从而直接影响到铣削过程效率。每次操作都选择**运动计划，以及尽量缩短刀具改换时间，同样能够进步消费率和能效。消费质量取决于丝杠的精度和电机驱动轴位置与速度控制。**铣床有五个或更多的控制轴，支持以*少的工件设置操作次数加工出复杂的外形。大批量消费线所用的专用加工中心以至包括更多的伺服驱动器，支持多个金属加工并行操作和类机器人功用，使加工过程完成完整自动化。机器设计人员面临的应战是如何让多个伺服驱动轴的操作和运动计划同步，从而在维持产质量量不变的同时，使机器吞吐效率**化。

　　控制现代工厂所用自动化机器的各种元件如图1所示。中央数字控制器(CNC)或可编程逻辑控制器(PLC)管理机器操作，并且为机器中每个伺服电机轴产生运动轨迹规划。每个伺服驱动器包括多个控制环路来管理机械系统动态特性、电磁扭矩产生和电路动态特性。各控制元件的性能对机器吞吐效率和外表处置质量至关重要。计算机辅助制造(CAM)工具依据产品图纸、资料特性、机器和刀具才能，产生废品所需的机加工操作运动计划。然后，由自动化机器执行这些计划来制造产品。

　　如何在多轴伺服控制系统中完成同步精细运动？完好的机器控制功用包括多个级联控制环路。思索丝杠(用于将旋转转变为线性运动)提供的传动安装，CNC将机器空间(x、y和z)运动配置转换为每个电机轴的(θ或ω)运动配置。每种运动配置由时间中的位置或速度汇合来定义。轴间的时序同步十分重要，由于时序误差对一个轴的影响与位置和速度误差相同。

　　伺服驱动速度环路的功用是计算跟随目的速度曲线所需的电机扭矩指令(T*)。废品的精度和外表质量取决于机器能否准确地引导切削工具沿目的途径挪动。机加工操作的应战在于金属切削过程是非连续的，由于资料以碎片方式零落，因而，伺服驱动负载也会疾速变化。速度环路必需可以在切削操作中维持恒定的速度而不受负载变化的影响，并且在刀具改换操作中可以疾速响应速度指令。低速时的控制质量高度取决于位置反应的分辨率，由于需求高采样速率微分器来产生高动态速度信号。机床驱动所用的精细编码器采用快速模数转换器在编码器计数之间插值，以提供更高的分辨率。例如，一个4096线编码器采用简单的数字接口时，可提供14位/转的位置分辨率，而采用插值办法时，其分辨率至少可扩展至22位/转位置分辨率进步到22位之后，在4位速度分辨率和1 RPM的条件下，采样速率可达4 kHz，而之前在4位速度分辨率和60 RPM的条件下，采样速率只要1 kHz。

　　在永磁交流伺服电机中，为了**率、高动态地产生扭矩，请求正弦定子电流与转子磁体角位置对齐，如图2所示。电流和磁场对齐控制确保电机扭矩满足速度环路的动态请求。PWM和逆变器反应隔离模块包括在电路控制功用中。三相功率逆变器将所需的电压施加于电机绕组以驱动目的绕组电流。电流反应功用将绕组电流丈量与高压逆变器隔离，并向磁场对齐模块提供反应信号。电流反应的精度决议扭矩产生的质量，由于反应中的增益、失调或非线性误差会产生纹波扭矩，进而表现为对速度控制器的负载干扰。在某些精细伺服驱动中，有一个附加环路也会补偿定子绕组线槽与转子磁铁互相作用所惹起的伺服电机内部扭矩纹波。一切这些都能改善电机的低速性能，*终加强废品的精度和外表质量。

　　如上所述，驱动系统性能由多个方面决议，例如控制架构、电机设计、功率电路、反应传感器和控制处置器。面对日益进步的驱动性能、灵敏性和本钱请求，以及模仿和数字电子控制元件的进步，控制架构在不时开展。基于模仿电路的传统伺服控制已被运用嵌入式处置器的数字控制所取代。另外，CNC的速度指令信号原先是精细模仿信号，现已变为数据包经过实时(RT)工业网络发送。因而，除了控制和功率电路以外，现代伺服驱动系统还包括通讯接口。

　　驱动系统永远存在的电路设计应战是如何将高压功率电路与用户衔接的控制和通讯电路平安地隔离。有一个常见架构可降低逆变器信号隔离艰难，即功率电路与控制处置器接地直连，控制处置器与通讯接口之间运用隔离栅。伺服驱动应用更常见的架构选择是将平安隔离栅放在功率级与控制处置器之间，而控制处置器与通讯接口直连。还有一种不那么常见的架构，即把平安隔离栅分散在功率、控制和通讯之间。这会降低每个隔离栅的隔离规范请求，而且能够减少系统的整体尺寸。

　　图3显现了一个隔离控制架构实例，运用了ADSP-CM408混合信号ASP和AD7403隔离式调制器。其中逆变器栅极驱动、电压反应和电机电流反应信号与控制处置器相隔离，但直连位置反应传感器、用户和通讯接口。这种架构不只为控制电路提供平安隔离，还能抑止高压开关电源逆变器所产生的电路噪声。电机电流反应由绕组分流器和隔离式Σ-Δ调制器产生，这些调制器提供增益匹配、十分低的失调和十分高的线性度。完好的电流反应信号途径还包括控制处置器，其上的可编程sinc3滤波器还具有输出短路检测功用。模仿信号隔离器提供逆变器总线电压隔离，此信号由嵌入式采样ADC取得。控制处置器上的正交编码器外设(QEP)支持简单的数字编码器接口，但带插值电路的更高分辨率编码器通常运用高速串行接口，以便按需发送位置和速度信息。

　　上例中的实时(RT)以太网接口由一个FPGA电路提供，以便可以灵敏地支持自动化市场上的多种工业网络协议。FPGA管理来自网络的实时数据包，而控制处置器则具备带宽和存储器来支持协议栈的管理许多此类协议支持颤动请求小于1μs的同步实时控制，这会给通讯接口带来十分重的处置担负。如前所述，这种对伺服驱动同步的请求，与伺服驱动性能一样重要。在现代自动化机加工系统中，为了完成高消费率和高质量废品，以上二者不可或缺。自动化系统的一个新兴趋向是应用单个处置器控制两到三个伺服电机并依赖单个实时通讯接口。如今，高速专用信号处置器(ASSP)便支持这种趋向，例如ADPS-CM408，其包括一个高速浮点内核和多组电机控制与通讯外设。

　　工业电机驱动应用展示出来的多种多样的架构，突出阐明了许多重要的电机驱动系统设计应战依然存在这一事实。随着可用控制处置和传感器反应信号带宽的增加，自动化行业对更高精度和动态响应的需求不时进步。新资料、传感器、控制、通讯电路架构，以至更多的算法和软件，很可能会继续满足自动化消费行业对更高消费率和更高质量的需求。

资讯来源：汕头罗克自动化