第六章 伺服系统检测元件教材ppt课件.ppt

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1、第五章　伺服系统检测元件综述（数控机床检测装置的类型与要求及位置检测装置的分类）一、旋转变压器二、感应同步器三、光栅测量装置四、磁尺五、脉冲编码器位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈综述组成：位置测量装置是由检测元件（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

2、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。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈综述位置检测元件的性能要求可靠性、抗干扰能力和环境适应能力强满足精度、速度和测量范围的要求使用维护方便，便于与CNC系统相联成本↓，寿命↑位置检测装置的分类按检测元件输出信号类型：数字式、模拟式、脉冲式按检测量测量基准：绝对式、增量式按被测位移量类型：直线式、回转式

3、按与被测对象联系方式：接触式、非接触式常用的传感器：旋转变压器，感应同步器，光栅，光电盘和编码盘回转型：脉冲编码器，旋转变压器，圆感应同步器，圆光栅，磁栅，多速旋转变压器，绝对脉冲编码器，三速感应同步器直线型：直线感应同步器，计量光栅，磁尺，激光干涉仪，三速感应同步器，绝对值式磁尺。综述分类增量式绝对式位移传感器回转型——脉冲编码器、自整角机、旋转变压器、圆感应同步器、光栅角度传感器、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、三速圆感应同步器、磁阻式多极旋转变压器直线型——直线应同步器、光栅尺、磁栅尺、激光干涉

4、仪霍耳位置传感器三速感应同步器、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、霍耳速度传感器速度—角度传感器（Tachsyn）、数字电磁、磁敏式速度传感器电流传感器霍耳电流传感器一、旋转变压器1、工作原理2、工作方式1、工作原理旋转变压器根据互感原理，在定子绕组上加交流励磁电压时，通过互感在转子绕组中产生感应电动势。关系为：式中：k为定子与转子绕组的匝数比;Um：最大瞬时电压θ：两绕组轴线间夹角。机床中常用正余弦旋转变压器2、工作方式1）旋转变压器的信号处理方式有两种：鉴相型工作方式和

5、鉴幅型工作方式。2）鉴相型工作方式：当给定子两绕组分别通以同幅，同频但相位相差90度的交流励磁电压，即它们在转子的绕组中产生感应电压，并叠加得：测量转子绕组输出电压的相位角θ即可测得转子相对于定子的转角位置。2、工作方式3）鉴幅型工作方式：当给定子两绕组分别通以同频同相位但幅值不同的交流励磁电压，即它们在转子的绕组中产生感应电压，并叠加得：由上式中可以看出，电压的幅值随转子的偏转角的变化而变化，测量幅值即可求出θ。α为电相角，通过不断修改电相角，使其跟踪θ的变化。二、感应同步器1、感应同步器的结构：感应同步器按结构可分为直线式

6、和旋转式两种。直线式主要包括定尺和滑尺两部分组成，定尺上为连续绕组，滑尺上为分段绕组。相当于一个展开的多极旋转变压器。WW/42、感应同步器的工作原理当励磁绕组用一定频率的正弦电压励磁时，产生同频率的交变磁通，感应绕组与这个交变磁通耦合，感应出同频率的交变电动势。3、信号处理根据精度和工作要求不同，主要有鉴相型工作方式和鉴幅型工作方式鉴相型：根据被测对象的信号相位角来鉴别位移量鉴幅型：根据被测对象的信号振幅来鉴别信号位移量（1）鉴相型使滑尺上余弦和正弦绕组的配置错开1/4定尺节距的距离，而且使两个绕组的励磁电压同频等幅，彼此相

7、差90度电相角，则励磁信号分别为：相应的感应电动势分别为：应用叠加原理，定尺上感应电动势为：式中θ为滑尺绕组相对于定尺绕组的空间相位角。如两尺相对位移为x，绕组节距为W，则相位角θ为：（2）鉴幅型如滑尺上正余弦绕组分别能以同频同相但幅值不等的交流励磁电压：应用叠加原理，定尺上感应电动势为：故定尺的感应电压的大小为：当Δθ很小时，定尺上的感应电压可近似表示为：tkUumdwqcosD=精度高。长距离测量；对环境适应性较强使用寿命长，维护简单工艺性好，成本低三、光栅测量装置1、分类2、光栅的结构3、莫尔条纹的形成4、光栅测量系统1

8、、分类2、光栅的结构光栅由光源，透镜，光栅副和光电接收元件构成。光源：钨丝灯泡；发光二极管；光栅副：由栅距相等的主光栅和指示光栅组成；光电接收元件：把莫尔条纹的明暗变化转换为电量输出。3、莫尔条纹的形成亮带暗带W栅距安装角θB节距3、莫尔条纹的形成特点：(一)莫尔条纹的移动量