伺服和运动控制技术作为数控机床、工业机器人及其它产业机械控制的关键技术之一，在国内外普遍受到关注。在伺服与运动控制产品领域，多样化一直是个鲜明的特点，包括从直流伺服驱动技术到交流伺服驱动技术，从模拟化到全数字化、智能化、网络化，从单轴伺服到多轴伺服，从单机化到总线产品。
        众所周知，先进的伺服运动控制技术与解决方案的应用正是提升机器设备性能与档次及市场竞争力的一个重要途径。本文将介绍新型AC伺服电机/驱动器技术特征与应用,并对网络化伺服控制的系统集成方案作分析。
        AC伺服电机/驱动器技术特征
        作为一款比较有代表性的伺服电机/驱动器，本文以OMRON公司的SMARTSTEP2系列产品为例作具体说明。该产品解决了从设计到安装与调整启动及运行到维护各阶段的技术问题。特别是提供了整个装置的开发平台,从而使PLC的控制可通过功能块变得更加简单。而针对包括PLC在内的元器件的连接与设定及编程的FA(工厂自动化)统合工具包(CX-One型),能使伺服系统从设计到维护实现整体管理（见图1所示红箭头回绕圈）。 CX-One是针对包括PLC在内器件的连接、设定、编程的FA统合工具包。

图1工厂自动化统合工具包(CX-One型)帮助伺服系统从设计到维护实现整体管理。

        图1中红箭头所示的参数设定/编程的环节.使用了灵巧的(功能块)程序库使编程更简单,而数据编辑/监控环节,利用运动控制工具包(CX-drver型)可进行伺服电机的参数编辑、监控和保存,其报警/维护环节中的数控单元可对驱动器的异常监视更简单。图1中的AC伺服电机/驱动器SMARTSTEP2系列可利用FA统合工具的运动控制工具包对驱动器迸行维护。
        灵巧
        因AC伺服电机可为多轴运行，因此要求驱动器更小控制工程网版权所有,从而使控制柜设置面积得到大幅削减.如今超小型的AC伺服电机/驱动器更加小巧了，与同类产品相比设置面积削减了52％，可以为控制柜的节省空间进一步作出贡献。而它和小型PLC配合，也希望驱动器能更小。尤其AC伺服电机/驱动器的高度仅为120mm，可以与小型PLC安装在相同的管道间，这样可以使管道间距窄小化，从而实现控制柜的空间大大节省。
        简单
        通过实时自动调谐来设定最佳增益。即承载了实时自动调谐功能，从而可实时推算设备的负载惯量，并根据其结果来自动设定最佳增益，使调整变得更简单（见图2所示）。

图2通过实时自动调谐来设定最佳增益，从而使调整变得更简单。

        符合国际工业标准（如DIN型）导轨的一触式安装，使用DIN导轨安装单元，可实现（如DIN型）导轨一触式安装。这样可以提高组装作业的一致性，使维护时的更换也变得更容易。
        参数设定更简单。参数单元（例如上载和下载）很方便的通过拷贝工具来实现，而参数单元又使多个伺服驱动器的参数设定变得更简单，从而在批量生产时的参数设定也更简单了。
        高功能
        可以高速定位/移动。这是其指令脉冲频率可以达到500kpps，是同类以往产品的2倍，因此可以在高速下进行高精度控制, 达到了缩短了间歇时间之目的；其二、通过控制器能接收来自驱动器的反馈脉冲，并能在上位确认当前位置，这样能够通过反馈脉冲监视装置定位有无异常（见图3所示）。

图3高速下进行高精度控制示意图。

        可以使用转矩限制功能。它有保持2种转矩（见图4中A和B）限制值的功能，在挤压成型、部件插入等应用中，可以切换转矩使用，以改变推动力使用（见图4所示）。

图4 切换转矩使用示意图。

        通过适应滤波器来降低机械振动。它能自动检测振动频率，消除振动，即使共振频率发生变化也能实时自动追踪，可以降低传送带等刚性较低的机械振动，以降低机械振动。
        它能对各种各样的应用切换指令控制模式，就是说它可以在位置控制、速度控制、转矩控制模式间切换使用。尤其是在压机、张力、挤出等应用中有出色表现。
        上述AC伺服电机/驱动器的技术特征分析充分反映了它从设计、安装、调整启动、运行到维护各阶段的高性能简单化。
        以SMARTSTEP2系列的AC伺服电机/驱动器脉冲串输入型R88M-G/R7D-BP为例。刚度较低的机械也可实现抑制加减速时的晃动。通过安装振动控制功能装置，在使用因刚度较低而在顶端发生振动时www.cechina.cn，也可有效的降低振动。又通过共振抑制控制实现高速定位。因有承载自动调谐功能，可以实时推算出机械的负载惯量，并可始终自动设定为最适合的增益。此外，可通过适用滤波器来自动抑制共振引起的振动。指令脉冲输入为对应90º相位差输入。除以往的CW/CCW(为2脉冲输入方式)、SIGN/PULS(为1脉冲输入方式)外，还可对应90º微分相位差输入。因此，可将编码器的输出信号完整的输入到驱动器，并可简单的实现同期控制。又通过指令脉冲倍数功能、电子齿轮功能、编码器分频功能等丰富的脉冲设定功能，可为客户的设备及系统提供最适合的脉冲没定。而通过内部速度设定可便捷的进行速度控制。内部速度设定最多可有4种设定，并可通过外部信号的切换进行速度控制。而编码器分频输出功能，可将由驱动器输出的电机编码器脉冲数在1～2500脉冲/转的范围内进行设定。此外，可通过参数进行位相的变更。
        AC伺服电机/驱动器应用实例
        AC伺服电机/驱动器超小型、高功能伺服，而且简单，又可轻而易举的高精度定位.应对各种用途的功能和丰富的伺服种类，可实现最佳组合,可在滚珠丝杠、传送带等，应用广泛。
        •在部件压入、压机、螺丝紧固上的应用（见图5(a)所示）。其可编程控制器,用sysmac cj系列,位置控制单元用cj1w-ncf71型。

图5(a)  AC伺服电机/驱动器在部件压入、压机、螺丝紧固上的应用示意图。

        可编程控制器PLC的高速脉冲来控制伺服电机,即接收2MHz的脉冲,实现且自动调谐高级功能.
        •在绕卷、迸给控制上的应用实例（见图5(b)所示）。

图5(b) AC伺服电机/驱动器在在绕卷、迸给控制上的应用示意图。

        上位机与伺服驱动器间的通信应用
        交流伺服电机驱动器由于其应用简便和性能可靠，已广泛的应用在工业位置传动装置中。市场上新型的交流伺服电机驱动器都具有符合RS485协议的串行通信接口，计算机可利用这一接口电路与驱动器之间实现串行通信，向驱动器发出相应的位置运行指令和速度运行指令，控制伺服电机的运行，并及时反馈电机的运行数据，供计算机分析。由于这种方法控制的稳定性好、精度高、传输距离远、可双向交流控制信息、线路简单，很有发展前景。
        那上位机与伺服驱动器间的通信设计方案是什么呢？
        现在工业用伺服驱动器通常都配置了RS485通信接口，利用该接口通过编制相应的驱动程序即可以实现上位机与伺服驱动器的信息交互。
        • RS485串行通信。工业RS485通信采用2线双绞传输方式，即数据D+和数据D-，这种数据差动传输方式可以有效地消除干扰的影响。另外，RS485通信为1:N方式，1台主控机(上位机)可级连多达16台被控机(伺服驱动器)。
        •RS485通信规则。采用选择/查询方式，被控机(伺服驱动器)常处于等待主机选择或查询状态。伺服驱动器在待机状态时，符合编号的被控机(伺服驱动器)接收到主机的帧信号，判断为正常接收信号后，对帧信号处理。
        •通信的连接。在主控机端为RS232/RS485转换接口,而被控机端为RS485通信口。在主控机和被控机之间用2线双绞屏蔽电缆连接，在被控机末端加终端电阻。
        高速伺服通信运动网络的应用
        伺服系统是机电产品中的重要环节， 随着计算机技术的进展，交流伺服系统在经过广泛运用的前景下正向着网络化控制方向发展。
        基本架构——基于独立数字运动控制器的网络伺服系统的集成。独立性的数字运动控制器的网络伺服系统就是在运动控制时，脱离计算机或工控机的通讯操作控制，直接把控制程序和要运行的程序下载到运动控制器本身所带的闪存里面。有设备的外围触发信号触发程序就开始运行.值此是基于以OMRON公司的以SMARTSTEP2驱动器与R88M-G伺服电机为例的的网络伺服系统的系统集成的结构框图（见图6所示）。
        上位计算机通过支持TCP/IP协议的网络通讯适配卡(100M)获得对以太网总线的支持，负责对整个系统的运行和工作状态进行监视管理。上位计算完成任务规划后，由第三方软件完成用户应用程序开发，根据TCP/IP协议通过以太网将生成的程序指令传送给嵌入式多轴运动控制器。
        在图6的网络伺服运动控制系统中，控制器不断产生更新的位置命令(运动曲线)，通过现场总线下传给驱动器，在总线节点解释指令后将转化为数宇脉冲信号，以控制交流伺服电机，完成定位。在一个多轴系统中，一个控制器可以控制多个电机驱动器。伺服电机是主要的执行部件，完成具体动作。图6中运动控制器可用FQM1-MM22控制工程网版权所有,也可用MC260这些控制器采用工业专用的32位，120HHz~150HHz的最新微处理技术，融合最新的控制理论及其网络控制技术，可选用不同的控制器可控制1~24个轴。可以用0~+/-10v的模拟量电压输出和编码器反馈形成全闭环控制www.cechina.cn，来控制伺服电机。也可以控制步进电机，变频器，气动，液压伺服，或者是这几种的任意结合。
        结束语
        众所周如CONTROL ENGINEERING China版权所有，工业自动化离不开伺服电机/驱动器动力源的智能化，尤其是当今处于网络化时代，除了动力装置的智能化外，还需网络化。而上述的新型AC伺服电机/驱动器技术特征与应用介绍，比较理想能的解决了伺服电机/驱动器从设计、安装、调整启动、运行到维护众各阶段问题的智能化，它是工业自动化的工程设计人员一种较好的选择，也为工业自动化系统的研发拓宽了设计思路。