电气自动控制原理与系统第2版 教学课件 作者 陈渝光 主编 第九章.ppt

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1、第九章位置随动控制系统第一节概述第二节位置检测装置第三节数控机床的伺服系统第四节直流电动机速度/位置控制系统示例本章小结主要内容第一节概述位置随动控制系统用来实现对机械运动的位置控制。例如数控机床的定位控制和工件轮廓的加工控制，连轧机压下装置的压下量控制，以及机器人控制，雷达天线和电子望远镜的方位瞄准等控制。进给伺服系统：一种用于数控机床工件台或刀架的单坐标的位置控制系统。概述射电望远镜的方位控制系统为位置随动系统。概述位置随动系统和调速系统都是反馈控制系统。调速系统给定量通常为恒值，要求系统维持恒速，所以抗干扰性能作为其主要指标。随动系统给定量通常是变化

2、的，要求输出准确跟踪，因而跟随性能成为它的主要指标。对于位置随动系统来说，要实现位置反馈，则结构上必须包含有位置闭环。根据位置检测与比较所采用的不同方式，位置随动系统可分为模拟式与数字式两类，而数字式中又有脉冲控制、相位控制与编码控制三种。第二节位置的检测装置位移检测信号装置主要用于检测长度、角度、直线位移和角位移，是位置随动系统的重要部件，它对控制系统的精度和工作效率有很大的影响。位置随动系统中常用的位移检测装置有感应同步器（直线和圆盘）、光电编码盘和光电编码器等。感应同步器感应同步器是一种测量位移的平面形状变压器式的检测元件，按其结构特点分为直线式和圆

3、盘式两种。直线式用于直线位移测量，圆盘式用于角位移测量。感应同步器具有检测精度高（可达1μm），分辨力高（可达0.2μm），测量速率可达50m/min，抗干扰性强、寿命长、维护方便。直线感应同步器由定尺和滑尺组成。利用滑尺和定尺上的励磁绕组和感应绕组之间随着他们相对位置变化而产生互感系数的变化发出相应的位移电信号，达到位置测量目的。位置的检测装置直线式感应同步器（鉴相型）定尺上感应产生的电压U2＝KUmsin(ω-θ)式中k为耦合系数；Um为正弦励磁电压Us的最大幅值；θ为滑尺绕组相对于定尺绕组的空间相位角；通过鉴别定尺感应电动势的相位θ大小测得滑尺和定尺

4、的相对位移量x位置的检测装置光电编码盘编码盘是把被测转角直接转换成相应代码的检测元件。编码盘按其工作原理可分为光电式、接触式和电磁式三种。光电式编码盘在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。工作时，编码盘的一侧放置电源，另一侧放置光电接受装置，每个数位都对应有一个光电管及放大、整形电路。编码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转成相应的电信号，经放大整形后，成为相应数码电信号。光电编码盘4位二进制的编码盘4位二进制循环编码盘光电编码盘带判位光电装置的二制循环编码盘位置的检测装置光电编码器光电编码器又称位移编码盘。如图所示的光电编码器属于增量式编码器，即

5、转过一个角度就有数个脉冲发出，进而换算出多大的角度，且每次反映的都是相对于上次角度的增量，旋转轴的具体坐标位置并不确定。光点编码器由两个偏圆盘组成，圆盘的边缘上刻有相等角距的缝隙（分成透光和不透光部分），其中相邻的透光与不透光线纹构成一个节距。联在电动机的轴上的圆盘与电动机以相同的速度旋转，另一圆盘是固定不转的，与旋转的圆盘平行放置，在平行的圆盘两侧分别安装光源和光敏元件。当旋转的圆盘随工作轴一起转动时，每转过一个缝隙就发生一次光线的明暗变化，经过光敏元件，就产生一个近似正弦的电信号。位置的检测装置信号经放大、整形电路的处理，可以得到一定幅值和功率的电脉冲

6、输出信号。如将上述脉冲信号送到计数器中去进行计数，则计数码就能反映圆盘转过的转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可求出旋转速度。位置的检测装置光电编码器的测量精度取决于它所分辨的最小角度，而这与编码盘圆周所分的缝隙条数有关，即为判断电动机的旋转方向，在固定圆盘缝隙群中制出两个错开1/4节距的相邻缝隙。这两个缝隙各对应一套光电转换装置，得到两组不同的光电脉冲，分别称为FTA与FTB相脉冲。它们在相位上相差1/4周期，即相差电角度。正转时，FTA相超前于FTB相；反转时，FTB相超前于FTA相。在圆盘的里圈不透光园环上还刻有一条透光条纹，用来产生一

7、转脉冲的信号，即电动机每转过一转就发出一个脉冲，称之为FTF脉冲，用于找出电动机在初始状态的绝对位置。第三节数控机床的伺服系统数控伺服系统，是一类具有较高精度的位置控制系统，它位于数控运算系统与机床主体之间，接受来自运算系统的进给脉冲，经变换和放大后转换为机床工作台的位移，使工作台跟随指令脉冲移动，最后加工出符合图纸要求的零件。伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分，采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为执行机构，这些电动机带有光电编码器等位置测量元件和测速发电机等速度测量元件。各种执行机构由相应的驱动装置来驱动。数控机床的伺服系统按其控制方式分为开环伺服

8、系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统三大类。数控机床按照它们对加工精