四、直线进给伺服驱动系统的控制模式

高速和超高速加工要求数控机床的伺服驱动装置具有极高的加、减速度性能，而且对伺
服精度同样提出了相当高的要求。高速和高精度是矛盾的，往往难以同时得到满足，但在
直线伺服驱动系统中必须同时得到满足，这就要求控制系统必须采取有效的控制策略抑
制各种扰动。一个成功的控制策略总是基于对对象模型结构基本清楚的认识，从某一具体
对象的特性出发，针对产生扰动的不同原因，采取相应的控制技术，实现有效控制。在满
足主要要求的同时，兼顾伺服系统对指令的跟踪能力和抗干扰能力。在直线进给伺服控制

系统中采用的控制策略主要包括：

传统的控制模式

在对象模型确定、不变化且为线性，操作条件、运动环境不变的情况下，采用传统控制
模式是一种有效的控制方法。传统的控制模式包括 PID 反馈控制、解耦控制、Smith 预估控
制算法等。其中 PID 控制算法是交流伺服电动机驱动系统中最基本的控制形式，控制应用
广泛。Smith 预估计器与控制器并联，对解决伺服系统中逆变器电力传输延迟和速度测量
滞后所造成的速度反馈滞后影响十分有效，与其它控制算法结合，可形成更有效的控制

策略。

现代控制模式

在高精度微进给的加工领域，必须考虑对象的结构和参数变化、各种非线性的影响、运
行环境的改变和干扰等时变和不确定因素，才能得到满意的控制结果。因此，将现代控制

技术应用于直线伺服电动机的控制研究得到了控制专家的高度重视。

(1)

自适应控制

自适应控制大体可分为模型参考自适应控制和自校正控制两种类型。模型参考自适应控
制是在控制器─控制对象组成的基本回路外，还建立一个由参考模型和自适应机构组成
的附加调节电路。自适应机构的输出可以改变控制器的参数，或对控制对象产生附加的控
制作用，使伺服电动机的输出和参考模型的输出保持一致。自校正控制的控制回路，由辨
识器和控制器设计机构组成，辨识器根据对象的输入和输出信号，在线估计对象的参数，
并以此估算作为对象的真值送入控制器的设计机构，按设计好的控制规律进行计算，计
算结果送人可调控制器，形成新的控制输出，以补偿对象的特性变化。对于直线伺服电动
机特性参数变化缓慢的一类扰动及其它外界干扰对系统伺服性能的影响，可以采用自适

应控制策略加以降低或消除。

(2)

滑模变结构控制

滑模变结构控制系统是一类特殊的非线性系统，其非线性表现为控制的不连续，即一

“

”

种使系统结构随时变化的开关特性。利用不连续的控制规律不断地变换系统的结构，迫
使系统的状态在预定的空间轨线上运行。最后渐进稳定于平衡点或平衡点允许的领域内，
即滑动模态运动。该控制方法的最大优点是系统一旦进入滑模状态，便对控制对象参数及