数控系统的同步和串联控制功能（二）

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串联控制的概念
) h7 o* d+ E5 y" F7 v" W* P" m串联控制的概念与电机的串联工作相似，以直流伺服电机为例，假定图6为两个相同参数的伺服电机串联在一起，电源电压为U，如果两个伺服电机所承受的负载一样，那么，两个电机的反电势相等。如果M1电机承受较大的负载，电机的电流就会加大，流过电机M2的电流增大，M2的输出转矩也会加大，电机也加速。如果M1电机承受较大的负载而使电机速度有降低的趋势，那么，由於M1速度降低，M2将施加较大的电压，因而也使M2反电势加大，其速度有增大的趋势，抵消M1的速度降落，使两个电机转矩相等，速度相等达到平衡。这类串联控制在机床驱动领域很早就得到了应用，如龙门刨床的刨台运动。对于大型机械的控制，在一个伺服电机的转矩不足以移动工作台时，往往采用两个电机。FANUC数控系统串联控制的两个电机，分别称为主(Main)电机和辅(Sub)电机；以区别於同步控制中的主(Master)电机和从(Slave)电机。以上利用两个电机说明了对串联控制的原理。

图6 串联工作的电机
实际FANUC数控系统串联控制功能工作原理见图7。它是由数字伺服控制来实现。对於大型工作台的负荷，如果一个电机的转矩带不动，或者一个电机的惯量太大，那于可以用两个电机代替，由软件控制给主和辅电机相同的转矩指令。於是可以把它当作一个“串联轴”进行处理，这就构成了串联控制。一般速度反馈从主电机反馈，如果机械具有较大的间隙，并且辅电机的移动在间隙之内，速度控制就进行不了，且机械会发生大的冲击。为了防止这种现象发生，把主、辅电机速度的平均值作为速度反馈值比较合理。
( A, S. c0 i6 p; M8 j( T0 V6 O应该注意，同步控制是以同样的位置指令同时送给主轴和从轴；而串联控制是以同样的转矩指令同时送给主轴和辅轴。
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6 |; r# `$ g+ T7 M  }图7 串联控制原理
预加负荷与间隙的消除
一般来说，具有大齿轮降速比的机械，总存在机械间隙量。为了减少主、辅轴间的间隙，经常采用预加负荷的方法减少间隙。FANUC数控系统在串联控制时，可以加一个固定的预负荷到主、辅电机的转矩指令上。那么相反方向的转矩可以一直维持主、辅电机的张力。在串联控制时，预加负荷可以很容易去除齿轮、齿条这样的机构主轴与辅轴间的间隙。
; k6 y# W- [: A8 c应用
6 e3 n; y$ J( J' F上文已说明，多电机可采用同步轴和串联轴虚拟为一个数控坐标轴；那么什么情况下采用同步轴？什么情况采用串联轴呢？串联控制主要用在下列场合：
0 L" Z+ x; }6 c; ~( J5 L$ ^: E0 _a 一个驱动电机转矩不够，可用两个较小的驱动电机代替；
" Y8 J1 G9 A5 Z: k3 Y( q- e3 ^b 两个较小的驱动电机的惯量和比一个较大的驱动电机小；
# J3 B7 a  B. a7 D/ B! Lc 机械是否具有“反施”(back feed)的能力，或者能否被称为具有“互为主、辅轴”的性能，简易判定的方法如下：先定两个轴中的一个轴为“主轴”，另一轴为“辅轴”，用手转动“主轴”，“辅轴”也跟着转，反过来，用手转动“辅”轴，“主”轴也转，那么该机械系统就具有“反施”功能。具有“反施”性能的就采用串行控制，如果不具有这个性能就采用同步控制。
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