复合伺服驱动高速进给工作台研究

2 进给工作台同步控制

　　进给工作台同步控制技术问题决定着整个进给工作台的综合动态响应性能。但与滚珠丝杠驱动系统相比，液压驱动系统的响应会出现滞后和延时，这会严重影响两个伺服驱动系统的同步协调控制。为此，采取了多项措施保证两者的动态同步误差保持在一定允许范围内。

　　首先，对液压伺服系统进行快速动态跟踪响应设计，满足动态响应特性要求；其次，为保证两个伺服系统驱动的协调同步，由控制器输出两路有严格同步要求的控制信号，分别提供给两个伺服系统，以满足同步的要求；再者，为克服液压伺服驱动系统本身响应滞后的影响，研究在液压伺服系统控制方法中增加有效控制环节，来满足两者的同步跟踪精度要求问题。复合伺服驱动工作台同步控制原理如图2所示。

图2复合驱动工作台同步控制原理框图

　　复合伺服驱动进给工作台同步控制系统由进给工作滑台、滚珠丝杠副、联轴器、伺服电动机、电动机驱动器、工控机、液压驱动控制器、电液比例阀、电磁换向阀、流体压力传感器、溢流阀、油泵、液压缸M1和作用力传感器等组成。

　　复合进给伺服驱动系统的工作原理为：当由工控机发出进给工作台快速向前移动指令时，通过接口电路将加速控制信号同时送到伺服电动机驱动器和液压伺服控制器中，伺服电动机通过滚珠丝杠副驱动进给工作台加速移动；同时，液压伺服控制器通过电液比例阀和电磁换向阀驱动液压缸，由液压缸经过作用力传感器驱动工作台进给。通过作用力传感器中信号的大小和方向，能使复合进给伺服系统及时获得两个进给伺服系统的同步运行信号，从而能及时动态地调整伺服系统。伺服电动机的伺服驱动主要起到驱动进给定位控制作用和部分的进给驱动作用，而伺服液压缸的伺服驱动主要起到辅助伺服进给驱动作用，以有效地减小滚珠丝杠副在进给工作台加速过程中承担的驱动力，从而可有效地减小滚珠丝杠副的发热和磨损。由于液压伺服系统的延时、回滞和低通滤波作用，使控制器单元输出的控制信号从液压伺服控制器到电液比例阀和电磁换向阀，再到液压缸将会产生较大的输出失真，使伺服液压缸输出的伺服驱动力的变化特性与交流伺服电动机输出的加减速曲线变化特性不相吻合。因而需要对液压伺服系统采取有效的动态自动矫正措施，使这两种伺服驱动系统之间的不同步误差限定在允许的范围之内，确实能减小滚珠丝杠副在进给工作台加减速过程中承受的驱动力，这也是实现两者协调控制的关键技术之一。

3 结语

　　电液伺服驱动系统的输出响应速度与伺服电动机驱动系统输出响应速度之间有一定的响应误差，但因为滚珠丝杠定位系统的确定性与电液伺服系统的快速响应和定位的不确定性，恰好使后者既能起到有效减小进给工作滑台、滚珠丝杠在加减速过程中承受的实际驱动力，又不干涉滚珠丝杠对滑台移动的准确定位控制。所以只要使两者动态响应定位的不同步性限定在一个小的允许范围内就可以保证两种驱动的一致性。改善高速进给工作台的整体动态性能是有效改善高速进给工作台综合性能的一条可行的实用途径。