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超精密加工最大的特點是綜合應(yīng)用機械發(fā)展的新成就，以及現(xiàn)代電子、測量、計算機等新技末是機電一體化的結(jié)晶，目前已成為機械制造發(fā)展的重要方向之一。超精密加工的發(fā)展依賴于超精密機床，因而超精密機床的關(guān)鍵部分一超精密伺服控制和超精密測量系統(tǒng)以及加工測量一體化被受到廣泛的重視和發(fā)展。近年來，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展已成為促進伺服控制技術(shù)向高性能發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，DSP芯片得到了飛速的發(fā)展，在信號處理、通信、雷達、遙感、語音和圖象處理、電子測量、自動控制等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
在超精密機床伺服控制方面，為使機床工作臺達到亞微米級的線性運動精度，現(xiàn)代控制技術(shù)的引入顯得極為必要。
精細(xì)化的控制單位、以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進給，已成為超精密數(shù)控加工的顯著特點，超精數(shù)控加工的插補周期已經(jīng)達到毫秒級。大數(shù)據(jù)量、高精度的插補運算和控制，要求計算機系統(tǒng)能高速度地對加工指令作出反應(yīng)，高速處理并計算出伺服電機的移動量，隨后發(fā)出控制指令。DSP的數(shù)據(jù)吞吐能力高達數(shù)十MIPS，同時其指令周期短至幾十納秒，非常適合于大數(shù)據(jù)量的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實時控制系統(tǒng)。將DSP應(yīng)用于高性能的超精密數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)不失為一種好的策略。事實上，DSP微處理器在超精密伺服控制系統(tǒng)、刀具檢測補償和快速伺服裝置、機床保護等方面都有著成功的應(yīng)用。
的設(shè)計和研制，并獲得了成功。其核心是ADSP2181芯片，插補周期達到5ms控制周期為0.5ms，編程分辨率為2nm，已具備了實際工況應(yīng)用的基本條件。
2數(shù)字信號處理器的典型性能數(shù)字信號處理器器件的主要應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。作為典型的DSP器件，ADSP2181的功能結(jié)構(gòu)如示。具有如下的典型性能：壓電陶瓷伺服裝置金剛石刀具誤差補償表在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；快速的中斷處理和硬件I/O支持，可以并行執(zhí)行多個操作；支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。
ADSP2181芯片的MAC（―次乘法和一次加法）時間已經(jīng)達到33ns芯片的引腳數(shù)量則已達到200個以上，引腳數(shù)量的增加，意味著結(jié)構(gòu)靈活性的增加，如外部存儲器擴展和處理器間的通信等。同時，DSP芯片的發(fā)展，使DSP系統(tǒng)的成本、體積、重量和功耗都有很大程度的下降。
―般都具有良好、高效的開發(fā)工具和匯編語言支持。ADSP2100系列的各個提供編譯和連接的工具，用以生成可執(zhí)行文件，可執(zhí)行文件可以寫入DSP程序存儲區(qū)。DSP同時擁有仿真軟件，可以對程序運行、中斷、定時等進行仿真，從而具有極大的方便性，非常適合數(shù)控開發(fā)的需要。
3DSP在超精密數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用數(shù)控系統(tǒng)可以分為單處理器和多處理器兩種類型。單處理器系統(tǒng)以單個CPU作為控制核心，所有功能都由一個CPU分時執(zhí)行，其軟件編程十分復(fù)雜，機床的進給速度也受到影響。多處理器系統(tǒng)的典型是主從處理器結(jié)構(gòu)，主CPU完成前臺控制，即人機界面管理、信息顯示和預(yù)處理等工作；從CPU完成后臺控制即插補運算、伺服控制及反饋處理等工作，負(fù)責(zé)頻繁的數(shù)據(jù)運算和I/O操作。
超精密數(shù)控系統(tǒng)的插補周期極短、插補間隔小、其控制和插補運算相當(dāng)頻繁，從而要求數(shù)控系統(tǒng)在極短的時間內(nèi)對各軸反饋的位置信號進行處理，目前插補周期已經(jīng)達到毫秒級。單處理器數(shù)控系統(tǒng)很難達到如此快的數(shù)據(jù)處理速度，從而使多處理器系統(tǒng)的采用成為必然。DSP器件由于其強大的數(shù)據(jù)運算能力和極高的運算速度，對超精密數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)來說是一種極佳的選擇，并為超精密數(shù)控系統(tǒng)中先進控制算法的采用提供了可能。
事實上，DSP器件在超精密數(shù)控加工的伺服控制、刀具監(jiān)控補償及快速伺服、先進控制算法采用、機床保護系統(tǒng)等方面都有著廣泛而有效的應(yīng)用。
3.1基于DSP的伺服控制系統(tǒng)高速的DSP微處理器，可以實現(xiàn)超精機床的高精度位置伺服控制與輪廓加工控制，同時提供機床及刀具的熱效應(yīng)和幾何誤差補償與控制。如Faunc15-BCNC系統(tǒng)采用具有33MHz主頻雙精度64字長的MC68EC030雙CPU微處理器實現(xiàn)了具有1nm的高速CNC控制系統(tǒng)，在高精度輪廓加工控制方面，實現(xiàn)自動進給率控制以保證加工的軌跡在指定軌跡的允許誤差范圍之內(nèi)。
期，ADSP2181完成的基本工作流程內(nèi)容為：讀取指令位置、計算并形成新軌跡、查詢并處理外部事件、對執(zhí)行機構(gòu)運動進行控制。
采用主從式多處理器的超精CNC結(jié)構(gòu)ADSP2181具有16位字長，可在33ns內(nèi)完成任何一條指令。由于具有極高的運算速度，該系統(tǒng)的插補周期和采樣控制周期分別達到2ms和0.5ms，大大提高了系統(tǒng)的敏捷性和實時性。與之相應(yīng)，實驗加工中的控制精度達到了0.m，與常規(guī)的主機控制、插補控制周期一體化的加工精度相比，綜合精度指標(biāo)極大提高。
3.2采用DSP改進控制算法高速度高性能的微處理器，尤其是數(shù)字信號處理器（DSP）的應(yīng)用，使許多先進控制策略和方法，如自適應(yīng)控制、學(xué)習(xí)控制、摩擦控制等等，得以應(yīng)用于高精度伺服控制系統(tǒng)，大大提高了的控制精度和快速性。
A.Abler提出了“直接阻尼控制（DDC）算法，并以TMS320C30實現(xiàn)。該算法在使機床定位與跟蹤控制精度達到亞微米級的同時，有效地減小了超精密機床的動態(tài)振動噪聲對機床定位精度的影響。H.Yonezawaetal采用TMS320C30實現(xiàn)了PID+摩擦補償控制算法，使超精密工作臺高速定位精度達到0. YH-I型超精密數(shù)控系統(tǒng)基于ADSP2181強大的數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)了FuzzrPid復(fù)合控制。伺服控制系統(tǒng)的采樣率達到2KHz.在實際運行中，該系統(tǒng)將每個插補周期分為10個控制周期進行伺服控制，從而對插補過程構(gòu)成更為有效的控制，使曲線插補更加準(zhǔn)確。結(jié)果表明：該方法大大提高了系統(tǒng)對曲線跟蹤的準(zhǔn)確性和快速性。與常規(guī)主處理器直接做PID伺服控制方法相比，伺服系統(tǒng)的正弦擾動減小了約60%，控制精度則有70%的提高。
3.3DSP在刀具監(jiān)控和伺服方面的應(yīng)用為了對刀具進給運動中的系統(tǒng)誤差進行補償，YH~I超精密數(shù)控系統(tǒng)采用自研的壓電陶瓷，以ADSP2181微處理器構(gòu)成伺服結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了開環(huán)的伺服控制，其原理結(jié)構(gòu)為：原理結(jié)構(gòu)圖由于ADSP2181的快速運算能力，可以對每個插補控制周期的補償數(shù)據(jù)進行迅速而準(zhǔn)確的運算。該刀具伺服機構(gòu)使刀具的定位精度達到了微米級，并具有良好、快速的動態(tài)新型數(shù)控機床主軸交流電機變頻調(diào)速數(shù)控系統(tǒng)賀平、賀剛2夏秀紅3（1.湘潭大學(xué)計算機科學(xué)系，湖南湘潭411105 2.益陽橡膠機械廠技術(shù)處，湖南益陽4130003.湘潭大學(xué)實習(xí)工廠，湖南湘潭41105）器輸出交流電正弦波失真所造成的轉(zhuǎn)矩脈動和電機損耗。
機械工業(yè)生產(chǎn)中，為了加工出某些形狀復(fù)雜、精度要求很高的機械零件。大家千方百計進行科技攻關(guān)，努力改進加工工藝和加工設(shè)備。特別是在提高數(shù)探機床的加工精度上，下了很大的功夫，得到較好的效果。要想進一步提高加工精度，對在機床數(shù)控系統(tǒng)中如何實現(xiàn)誤差避免和誤差補償?shù)淖罴研Ч?，仍是眾目所矚的重要途徑。本文介紹的數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)，采用了一種正弦波脈寬調(diào)制變頻器，可以很大程度的減少數(shù)控機床主軸的轉(zhuǎn)矩脈動和電機熱損耗，從而提高了數(shù)控機床的加工精度。
1機床數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及主軸轉(zhuǎn)速控制作為數(shù)控機床控制中樞的本機床數(shù)控系統(tǒng)，由工業(yè)微機IPC，進給控制，輔助控制和主軸轉(zhuǎn)速控制四個基本部分組Dornfeld等建立了一個基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實時系統(tǒng)，對刀具磨損進行監(jiān)控和動態(tài)補償，為了提高系統(tǒng)的實時響應(yīng)，該系統(tǒng)采用高速數(shù)字信號處理器DSP完成數(shù)據(jù)的處理運算該系統(tǒng)監(jiān)視刀具磨損的正確率對切削條件變化不敏感，在切削條件較大的變化范圍內(nèi)，正確判別率可達95%，動態(tài)補償效果良好。
4結(jié)語DSP由于其強大的運算能力、良好的I/O操作功能、極高的處理速度在超精密數(shù)控系統(tǒng)中獲得了成功的應(yīng)用。
基于DSP的PC平臺上的超精密CNC系統(tǒng)可以使用戶以很少的費用不斷進行軟、硬件升級，在一定時間內(nèi)跟上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的步伐，而不象封閉型系統(tǒng)很快就會落后乃至淘汰。DSP的應(yīng)用，為超精密數(shù)控的伺服控制系統(tǒng)提供了良好的發(fā)展前景。從長遠(yuǎn)觀點看，要達到高速、精確、容易改進的跟蹤伺服控制，用DSP微處理器進行超精密CNC系統(tǒng)的開發(fā)是最佳的選擇。
宋經(jīng)理:13705419939 張經(jīng)理:15966602397 