薛建設

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院,710014）

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，直線電機經(jīng)過了探索實驗、開發(fā)使用以及使用商品化三個階段，逐漸向高速化、智能化、精密化方向發(fā)展。生產(chǎn)技術(shù)的進步使得傳統(tǒng)的小功率已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)加工要求，逐漸向精密、高速、小噪音、低磨損等方向發(fā)展。電機及驅(qū)動控制技術(shù)的發(fā)展，直線電機、電主軸、力矩電機不斷成熟，主線、旋轉(zhuǎn)坐標運動的“直接運動”逐漸優(yōu)越?；谥本€電機應用的數(shù)控機床驅(qū)動控制技術(shù)，讓機床的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了很大的變化，機床性能得到了很大的改善。

1 直線電機

1.1 直線電機特點

1.1.1 進給范圍大。傳統(tǒng)機床的快進速度一般都小于20到30米每分鐘，加工中心快進速度可以達到208m/min，現(xiàn)在的直線電機速度可以達到1mm-20m/min以上。

1.1.2 速度特性良好。加速度大，速度偏差一般在0.01%之下，最大加速度可以達到30g，相比轉(zhuǎn)度加速度一般在0.3g左右，當下激光加速度已經(jīng)在5g以上。

1.1.3 定位精度良好。時下直線電機主要采用光柵閉環(huán)進行控制，定位精度一般在0.1到0.01mm或者以上，減少了200倍左右的跟蹤誤差。它具有動態(tài)特性良好，反映靈敏，精細的插補控制，從而實現(xiàn)了nm級控制。

1.1.4 行程運行良好，不受限制。傳統(tǒng)絲杠一般采用4到6m或者更長的長絲杠，從性能和制造工藝上都不同程度的受到了限制。直線電機驅(qū)動具有制造工藝簡單，可以無限加長定子，并且工藝簡單，大型高速X軸可以長達40m以上。同時，它還具有結(jié)構(gòu)簡單、噪聲小、運動平穩(wěn)、部件摩擦小、損耗低、安全可靠等特點。

1.2 直線電機工作原理

直線電機是一種直接將電能轉(zhuǎn)換為運動機能，不需要中間轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)動裝置，它相當于一臺徑向剖開的旋轉(zhuǎn)電機（如圖一）。根據(jù)定子轉(zhuǎn)變成初級，再由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換成次級。在實際機器運用中，次級和初級應該造成不同的長度，讓次級和初級的耦合始終保持不變。在實際直線電機生產(chǎn)中，直線電機可以隨意是初級長次級和次級長次數(shù)，根據(jù)運行費用以及制造成本，目前我國基本采用的是短初級長次數(shù)。

圖一、直線電機轉(zhuǎn)變過程

直線電機工作原理和旋轉(zhuǎn)電動機相像。例如：以直線感應電動機為例，當初級繞組進入相應的交流電源時，氣息中就會產(chǎn)生磁場，在磁場的切割下，就感應產(chǎn)生的電流和氣隙中的磁場互相作用產(chǎn)生相應的電磁推力。初級固定，次級則做直線運動；同理，相反時，初級做相應的直線運動。

1.3 直線電機應用和基本結(jié)構(gòu)

1.3.1 直線電機應用

隨著直線電機的發(fā)展，直線電機主要用于：自動控制系統(tǒng)、長期運行的驅(qū)動電機以及短時間短距離的直線運動裝置。在軍事中，直線電機可以作為各種電磁炮或者火箭、導彈發(fā)射的材料；在交通運輸中，直線電機一般被作為時速500km以上的磁懸浮列車；工業(yè)中，可以作為生產(chǎn)運輸以及各種機械設備；在精密儀器制作以及民用裝置中，由于良好的性能和操作界面，讓它具有廣泛的應用領域。

1.3.2 直線電機基本結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段，建筑行業(yè)在市場經(jīng)濟體制下已經(jīng)取得了較為顯著的成就。然而，在諸多因素的影響下，部分地區(qū)政府投資項目工程造價結(jié)算設計工作仍存在一些不足之處。針對此現(xiàn)象，本文在研究中通過對工程造價結(jié)算工作中問題的分析，從規(guī)范結(jié)算審計、提高監(jiān)督水平、加強對結(jié)算審計人員的綜合培養(yǎng)、規(guī)范項目立項報批程序和審核流程等方面，重點研究解決工程造價結(jié)算設計工作問題的措施。在日后政府投資項目工程造價結(jié)算工作中，工作人員要始終從國家法定和規(guī)范程序，以嚴格的態(tài)度對待政府投資項目工程造價結(jié)算審計問題。希望本文的研究可以為提升政府投資項目工程造價結(jié)算水平提供寶貴的建議。

扁平型結(jié)構(gòu)（如圖二），它是旋轉(zhuǎn)電機在實際生產(chǎn)結(jié)構(gòu)上的演變，將旋轉(zhuǎn)電機進行徑向剖開，從而在電機四周形成直線。

圓筒型結(jié)構(gòu)以及弧型、盤型結(jié)構(gòu)。圓筒型結(jié)構(gòu)主要是將扁平的直線電機通過直線運動和垂直方向卷曲形成?；⌒褪窃诒馄叫椭本€電機的初級，根據(jù)運動方向，從而轉(zhuǎn)換成弧型，一般在圓形次級的外側(cè)。盤型結(jié)構(gòu)則是將具體次級轉(zhuǎn)換成圓盤，將初級以及次級圓盤外側(cè)平面，從而進行圓周運動。

圖二、扁平型結(jié)構(gòu)

2 直線電機的驅(qū)動控制技術(shù)以及應用

2.1 直線電機的驅(qū)動控制技術(shù)

隨著科研力度的加大，直線電機應用系統(tǒng)突破了單一性能量好的直線電機，逐漸發(fā)展成了技術(shù)和經(jīng)濟都安全可靠的控制系統(tǒng)。新形勢下，隨著自動控制系統(tǒng)以及計算機網(wǎng)絡信息時代的發(fā)展，直線電機控制逐漸向信息化、智能化方向發(fā)展。現(xiàn)在我國直線電機控制技術(shù)主要體現(xiàn)在：傳統(tǒng)的控制技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)以及智能控制技術(shù)。

2.1.1 傳統(tǒng)控制技術(shù)

傳統(tǒng)控制技術(shù)中的解耦控制、PID反饋等在交流伺服系統(tǒng)都得到了廣泛的應用。PID控制能良好的控制機器運行的全過程（過去、現(xiàn)在、未來）信息，具有極好的魯棒性和配置，是伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)基本的控制形式。隨著生產(chǎn)要求的加大，進一步提高控制技術(shù)，逐漸采用矢量和解耦控制技術(shù)。

2.1.2 現(xiàn)代控制技術(shù)

現(xiàn)代控制技術(shù)是在運行環(huán)境、操作條件、對象模型等確定不變的情況下，在傳統(tǒng)控制技術(shù)進行的參數(shù)和結(jié)構(gòu)變化，適應微進給高精度性能場合。從而，當環(huán)境受到干擾，各種非線性受到影響時，得到相應的控制處理。因此，現(xiàn)代控制技術(shù)逐漸發(fā)展和重視，通常用的控制方法有：滑模變結(jié)構(gòu)控制、自適應控制以及智能控制和魯棒控制等。

2.1.3 智能控制技術(shù)

2.2 直線電機驅(qū)動控制技術(shù)應用

2.2.1 活塞車削數(shù)控系統(tǒng)

在直線電機控制系統(tǒng)中，我國一般采用的是原旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)動和直線電機直接驅(qū)動相結(jié)合的方式，從而減少拖板間轉(zhuǎn)動環(huán)節(jié)，將機床進給轉(zhuǎn)動鏈長度轉(zhuǎn)變?yōu)榱?，從而形成性能指標良好的“零轉(zhuǎn)動”轉(zhuǎn)動方式。

“零轉(zhuǎn)動”具有高速響應和精度高的特點。在直線電機驅(qū)動控制系統(tǒng)中，它直接取消了相應時間長的機械轉(zhuǎn)動件，提高了閉環(huán)控制系統(tǒng)的響應性能和靈敏度。精度高主要體現(xiàn)在取消機械機構(gòu)產(chǎn)生的誤差和間隙時，減少了因為轉(zhuǎn)動系統(tǒng)緩慢帶來的跟蹤誤差，通過相應的直線位置檢測以及反饋控制，從而增強機床的定位精度。

磨削加工和CNC車削運用了直線電機精度高、響應快的優(yōu)勢，針對產(chǎn)另極大的截面零件，國防科學技術(shù)大學研究中心開發(fā)了相應的高頻數(shù)控進給單元。當活塞機床運作時，相應工作臺尺寸為320mm*600mm時，相應的行程變化為100mm，推力達到160N，速度達到13g。根據(jù)工作臺和直線電機固定的特點，采用相應的閉環(huán)控制（如圖三所示）。根據(jù)雙閉環(huán)系統(tǒng)，運用高精度的管柵尺作為檢測元件，對位置進行仔細檢查，從系統(tǒng)機械誤差以及反饋獲得相應精度。

圖三、直線電機控制器原理框圖

2.2.2 開放式直線電機數(shù)控系統(tǒng)

圖四、開放式直線電機數(shù)控系統(tǒng)原理圖

開放式直線電機控制系統(tǒng)主要采用開放式的可編程運動控制器和PC機組成數(shù)控系統(tǒng)，以常用的Windows操作系統(tǒng)為平臺，根據(jù)PC機標準插件的運動控制系統(tǒng)，為相應的控制核心，讓數(shù)控系統(tǒng)開放，根據(jù)相關設計方案如圖四所示。

根據(jù)PCI-8132型控制卡插入PC機擴展槽的方案，將運動控制卡、數(shù)控工作臺、直線電機、伺服驅(qū)動器、PS機等有機的連接起來。電線電機驅(qū)動直接控制數(shù)控工作臺，運動控制器控制機床邏輯和伺服控制，讓運動控制器以運動的形式執(zhí)行G代碼、用戶擴展以及編程。

同時，PCI-8132是PCI接口的軸運動控制卡，通過伺服電機以及高頻脈沖驅(qū)動步進電機控制兩個軸的電機運動，從而實現(xiàn)插補圓弧和直線，對數(shù)控加工位置及時進行反饋。新形勢下，我國工業(yè)控制技術(shù)ICA總線逐漸替代了PCI總線，它具有Plug and Play（即插即用）以及中斷共享等作用，給廣大用戶帶來了更大的方便和快捷，是目前PC機通用的總線。

3 直線電機數(shù)控軟件以及發(fā)展趨勢

3.1 直線電機數(shù)控系統(tǒng)軟件

根據(jù)現(xiàn)有的Windows平臺開發(fā)、模塊化的程序設計，以及相應的預處理、輸入輸出組成，用戶的輸出輸入界面實現(xiàn)了系統(tǒng)輸出、用戶輸入的轉(zhuǎn)換。通過用戶輸入對應的數(shù)控代碼，發(fā)出指令，從而進行有效的參數(shù)配置，生成G代碼指令。預處理讀取之后，通過相應的編譯生成完整的PCI-8132控制程序，實現(xiàn)圓弧和直線的插補，在現(xiàn)有系統(tǒng)中，一般采用PARKER406LXR系列直線電機。

3.2 我國直線電機數(shù)控系統(tǒng)軟件發(fā)展趨勢

3.2.1 技術(shù)逐漸成熟

隨著生產(chǎn)技術(shù)要求，我國直線電機逐漸向高性能、高可靠性機床設計轉(zhuǎn)變。目前，我國直線電機驅(qū)動進給速度一般在100米每分鐘，加速度普遍能達到1-2g。在航空、模具、能源、汽車等方面得到了廣泛的應用。

3.2.2 性價比更好，變化更明顯

隨著直線電機應用高性能化，特大機床精密度提高，出現(xiàn)很多特型機床、大型機床，解決傳統(tǒng)機床不能解決的問題。從而提高了直線電機數(shù)控機床的利用價值。到2005年，我國直線電機驅(qū)動機床已經(jīng)達到3000多臺，到2010年世界上已經(jīng)有超過20%的數(shù)控機床運用直線電機驅(qū)動，從根本上提高了高檔機床的推行力度和使用效率。

4 結(jié)束語

根據(jù)我國直線電機數(shù)控機床系統(tǒng)不斷成熟和完善，我們在使用過程中應該根據(jù)不同種類的數(shù)控機床將對應特點充分的發(fā)揮出來，注重科研和創(chuàng)新，在引進國外先進技術(shù)的同時，提高我國直線數(shù)控技術(shù)探討。將控制和驅(qū)動有機的連接起來，從而拓展生產(chǎn)，保障生產(chǎn)安全。

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