数控维修专讲--伺服进给系统概述

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1、数控维修专讲--伺服进给系统概述第五章第一课伺服进给系统概述   在早期的数控系统上，直流伺服系统一般都采用SCR速度控制系统，到了20世纪80年代中期，开始逐步被PWM速度控制系统所代替。直流伺服电动机一般都采用以铁氧体作为永磁材料的“永磁式直流伺服电动机”。伺服电动机的电枢部分与普通直流电动机相似，通常按其转子惯量的大小将其分为大惯量电动机、中惯量电动机及小惯量电动机3种。1．SCR速度控制系统SCR速度控制系统的主回路有多种形式，如：单相半控桥式整流、单相全控桥式整流、三相半波整流、三相半控桥式整流、三相全控桥式整流等。单相半控桥式整流及单相全控桥式整流，虽然电路简

2、单，但由于其输出波形较差，调速范围有限，因此在伺服驱动系统中较少使用。根据数控机床的控制要求，对于直流伺服驱动，速度控制单元的主回路一般都采用三相全控桥式整流电路。   图5-2双环调速系统的原理框图却存在换向死区。为了提高快速性与精度，数控机床用的伺服驱动系统一般都采用图5-2所示的“逻辑无环流可逆系统”，这是一种既有速度环又有电流环的双环自动控制系统。从图5—2的框图可见，该系统具有如下特点：1)速度指令电压和速度反馈电压在经过“阻容滤波”之后，进入比较器进行比较放大，从而得到速度误差信号。2)为了获得满意的静态和动态的调速特性，合理地解决速度调节系统的稳定性与精度之

3、间的矛盾，速度调节器通常采用PI调节器。速度误差信号经过比例一积分环节(PI调节器)，产生电流给定信号，输出到电流调节器，作为电流给定。3)为了减少晶闸管电路的死区，电流调节器的输入端又引入了“颤动偏置”和“颤动偏移”控制信号，使伺服电动机在静止状态时呈“颤动”状态，从而提高了系统的灵敏度。4)速度调节器输出的电流给定值与“颤动信号”以及电流反馈值一起输入电流调节器。为了加快电流环的响应速度，缩短系统起动过程，并减少低速轻载时由于电流断续对系统稳定性的影响，提高系统的稳定性，电流调节器通常使用比例调节器。5)电流调节器的输出信号经过由同步电路、移相控制电路组成的移相触发环

4、节，控制晶闸管整流桥的导通角，达到调速的目的。系统的自动调节原理如下：   1)当系统的速度指令电压增大时，由于实际速度反馈信号不变，使速度误差信号增加，速度调节器的输出电压也随之加大，使触发器的触发脉冲前移，整流输出电压提高，电动机转速也随之上升。随着电动机转速的增加，测速发电机输出电压也逐渐增加，当它等于或接近于给定值时，系统达到新的平衡点，电动机就按要求的转速稳定旋转。2)当系统受到外界干扰，例如：负载突然增加时，电动机输出转速就下降，测速发电机的输出电压随之下降，使速度调节器的速度误差增大，速度调节器的输出电压增加，触发脉冲前移，晶闸管整流器的输出电压升高，使电动

5、机转速上升并恢复到外界干扰前的转移值。3)当电网电压突然降低时，整流器的输出电压也随之降低。在电动机转速由于惯性的原因尚未变化之前，首先引起主回路电流减小。在此同时，反映主回路电流的电流反馈信号也随之减小，使电流调节器输出增加，触发脉冲前移，又使整流器输出电压恢复到原来的值，因而抑制了主回路电流的变化。    总之，具有速度外环、电流内环的双环调速系统具有良好的静态和动态指标，它可最大限度地利用电动机的过载能力，使过渡过程最短。   2．PWM速度控制系统PWM速度控制系统是通过脉宽调制器对大功率晶体管的开关时间进行控制，将直流电压转换成某种频率的方波电压，并通过对脉冲宽

6、度的控制，改变输出直流平均电压的自动调速系统。以脉冲编码器作为检测器件的常见PWM直流伺服系统的框图如图5-3所示。其工作过程如下：   数控装置CPU发出的指令信号，经过数值积分器DDA(即为插补器)转换后，输出一系列的均匀脉冲。为了使实际机床位置分辨率与指令脉冲相对应，系统中通常都需要通过指令倍乘器CMR，对指令脉冲进行倍频/分频变换。指令脉冲与位置反馈脉冲比较的差值，送到误差寄存器ER；误差寄存器的输出与位置增益(G)、偏移值补偿(D)运算、合成后，送到脉宽调制器(PWM)进行脉宽调制。被调制的脉冲经过D/A变换器转换成模拟电压，作为速度控制单元(V)的指令电压VC

7、MD输出。电动机旋转后，脉冲编码器(PC)发出的脉冲，经断线检查器(BL)确认无信号断线之后，送到鉴相器(DG)，进行电动机的旋转方向的识别。鉴相器的输出分二路，一路经F/V变换器，将反馈脉冲变换成测速电压(TSA)，送速度控制单元，并与VCMD指令进行比较，从而实现速度的闭环控制。另一路输出到检测倍乘器DMR，经倍乘后送到比较器作为位置环的位置反馈输入。通过设置不同的CMR与DMR值，可以将指令脉冲的移动量和实际机床的每脉冲移动量相一致，从而使控制系统能适合于各种场合。速度控制单元V的框图与原理如图5-4所示。   由图5-