部分数控机床的伺服系统位置检测

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1、第二节数控机床的位置检测3.2.1数控机床的位置检测概述组成：位置检测装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择位置检测装置。机电工程学院第二节数控机床的位置检测一、进给伺服系统对位置测量装置的要求高可靠性和高抗干扰性：受温度、湿度的影响小，工作可靠，精度保持性好，抗干

2、扰能力强；能满足精度和速度的要求：位置检测装置分辨率应高于数控机床的分辨率（一个数量级）；位置检测装置最高允许的检测速度应为数控机床的最高运行速度；使用维护方便，适应机床工作环境；成本低。机电工程学院分类增量式绝对式位移传感器回转型——脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅、圆磁栅多极旋转变压器、绝对脉冲编码器、绝对值式光栅直线型——直线感应同步器、光栅尺、磁栅尺三速感应同步器、绝对值磁尺、光电编码尺、磁性编码器速度传感器交、直流测速发电机、数字脉编码式速度传感器、霍耳速度传感器数字电磁、磁敏式速度传感器电流传感器霍耳电流传感器第二节数控机床的位置检测二、数控机床中检测方

3、式的分类机电工程学院3.2.2旋转变压器第二节数控机床的位置检测旋转变压器是一种角度测量装置。其结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰强，工作可靠。一、旋转变压器结构旋转变压器在结构上和两相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成。定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边，分有刷和无刷两种。在有刷结构中，定子与转子上均为两相交流分步绕组。两相绕组轴线相互垂直。转子绕组的端点通过电刷和滑环引出。机电工程学院第二节数控机床的位置检测4.24318762旋转变压器结构示意1-转轴2-轴承3-机壳4-转子铁心4.2-定子铁心6-端盖7-电刷8-集电环

4、机电工程学院第二节数控机床的位置检测旋转变压器是根据互感原理工作的。它的结构保证了其定子和转子之间的磁通呈正（余）弦规律。定子绕组加上励磁电压。通过电磁耦合，转子绕组产生感应电压。其输出电压的大小取决于定子和转子两个绕组轴线在空间的相对位置。感应电压随着转子的偏转的角度呈正（余）弦变化：E2=KU1cosα=KUmsinωtcosα式中:E2—转子绕组感应电势；U1—定子绕组励磁电压U1=Umsinωt；Um—电压信号幅值；α—定、转子绕组轴线间夹角；K—变压比二、旋转变压器工作原理机电工程学院U1=UmsinωtU1U1E2=0（α=90°）E2=KUmsinωtcosαE2

5、=KUmsinωt（α=0°）第二节数控机床的位置检测可见，旋转变压器转子绕组的输出电压是转子角位移的函数。机电工程学院VSVSUsUcE2定子两相绕组励磁转子输出信号的相位角(ωt-α)与转子的偏转角之间有着严格的对应关系。第二节数控机床的位置检测三、鉴相工作方式Us=UmsinωtUc=UmcosωtE2=KUscosα-KUcsinα=KUm(sinωtcosα-cosωtsinα)=KUmsin(ωt-α)机电工程学院VSVSUsUcE2定子两相绕组励磁感应电势（E2）是以ω为角频率、以Umsin(α电-α机)为幅值的交变电压信号。若电气角α电已知，只要测出E2幅值(利

6、用E2=0)，便可间接的求出机械角α机，从而得出被测角位移。四、鉴幅方式Us=Umsinα电sinωtUc=Umcosα电sinωtE2=KUmcosα机-KUcsinα机=KUmsinωt(sinα电cosα机-cos电sinα机)=KUmsin(α电-α机)sinωt第二节数控机床的位置检测机电工程学院VSVS第二节数控机床的位置检测3.2.3感应同步器感应同步器是一种电磁式位置检测元件，按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种。前者用于直线位移测量，后者用于角位移测量。机电工程学院VSVS第二节数控机床的位置检测一、感应同步器的结构直线式感应同步器的绕组结构有定尺和滑尺两部

7、分组成。旋转式感应同步器的绕组结构则由定子和转子两部分组成。机电工程学院第二节数控机床的位置检测二、感应同步器工作原理当励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，感应同步器就是利用这个特点进行测量的。机电工程学院第二节数控机床的位置检测eS=KUScosθ=KUmsinωtcosθ式中:eS—定尺绕组感应电势；K—变压比US—滑尺绕组励磁电压US=Umsinωt；Um—电压信号幅值；θ—滑尺相对定尺在空间相位角；在一个节距W内，定滑尺相对