数控机床的驱动与控制系统

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1、第四章数控机床的检测与驱动系统数控技术4.1数控机床的检测装置4.2数控机床的伺服驱动装置7/15/20212第四章数控机床的检测与驱动系统位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制。4.1数控机床的位置检测装置7/15/20213第四章数控机床的检测与驱动系统数控机床对位置检测装置的要求：（1）工作可靠，抗干扰能力强；（2）满足精度和速度的要求；（3）安装，维护方便，适合机床工作环境；（4）成本低。4.1数

2、控机床的位置检测装置7/15/20214第四章数控机床的检测与驱动系统位置检测装置分类：（一）直接测量和间接测量1.直接测量直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，用来直接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反馈信号，而构成位置闭环控制。优点：准确性高、可靠性好；缺点：测量装置要和工作台行程等长；在大型数控机床上受到一定限制。7/15/20215第四章数控机床的检测与驱动系统2.间接测量它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直

3、线位移，作为半闭环伺服系统的位置反馈用。优点：测量方便、无长度限制。缺点：测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。7/15/20216第四章数控机床的检测与驱动系统（二）数字式测量和模拟式测量1.数字式测量它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。信号抗干扰能力强、处理简单。2.模拟量测量它是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。7/15/20217第四章数控机床

4、的检测与驱动系统（三）增量式测量和绝对式测量增量式测量在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增量式测量只测相对位移量，其优点是测量装置较简单，对任何一个中间点都可以作为测量的起点，而位移是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误，以后测量所得结果完全错误。绝对式测量绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值。测量装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进制位数也

5、愈多，结构就愈复杂。7/15/20218第四章数控机床的检测与驱动系统一、位移传感器常见的位移传感器：旋转变压器，感应同步器，光栅测量装置，脉冲编码器等。7/15/20219第四章数控机床的检测与驱动系统1.旋转变压器一、结构与工作原理旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组成。2347/15/202110第四章数控机床的检测与驱动系统1.旋转变压器旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似，其中定子绕组作为变压器的一次侧，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧，通过电磁耦合得到感应电压，

6、只是其输出电压大小与转子位置有关。旋转变压器通过测量电动机或被测轴的转角来间接测量工作台的位移。旋转变压器分为单极和多极形式，先分析一下单极工作情况。7/15/202111第四章数控机床的检测与驱动系统定子和转子各有一对磁极，设加到定子绕组励磁电压为，当转子绕组的磁轴自垂直位置转过一定角度时，转子绕组中产生的感应电压为当转子转过900，两磁轴平行，此时转子绕组中感应电压最大，即。V1V1V1定子转子V2V2V2θ1θ=900θ=θ1θ=007/15/202112第四章数控机床的检测与驱动系统二、

7、应用旋转变压器典型工作方式，鉴相式和鉴幅式。鉴相式是根据感应输出电压的相位来检测位移量；鉴幅式是根据感应输出电压的幅值来检测位移量。定子转子VCVSV2θ7/15/202113第四章数控机床的检测与驱动系统二、应用1.鉴相工作方式给定子两绕组分别通以幅值相同、频率相同、相位差900的交流励磁电压，即定子转子VCVSV2θ7/15/202114第四章数控机床的检测与驱动系统这两个励磁电压在转子绕组中都产生了感应电压，如上图所示，根据线性叠加原理，转子中的感应电压应为这两个电压的代数和：定子转子VC

8、VSV2θ7/15/202115第四章数控机床的检测与驱动系统2.鉴幅工作方式给定子的两个绕组分别通以频率相同、相位相同、幅值分别按正弦和余弦变化的交流激磁电压，即则转子上的叠加电压为7/15/202116第四章数控机床的检测与驱动系统1）结构与工作原理感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置，属模拟式测量，二者工作原理相同，其输出电压随被测直线位移或角位移而改变。感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种：直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量。旋转式感应同步器由转子和定子组