第五-伺服驱动系统ppt课件.ppt

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1、第五章伺服驱动系统第一节伺服系统概述第二节伺服系统中常用的检测装置第三节步进电机极其驱动系统第四节直流电机与速度控制第五节交流电机与速度控制第六节主轴控制第七节位置控制第一节伺服系统概述伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。一、数控机床伺服系统的分类二、数控机床对伺服系统的要求一、数控机床伺服系统的分类按伺服系统调节理论，可分为开环、闭环和半闭环系统。按驱动部件的动作原理：电液控制系统电气控制系统步进电动机驱动系统直流伺服系统交流伺服系统按反馈比较控制方式，有脉冲比较伺服系统、相

2、位比较伺服系统、幅值比较伺服系统和全数字伺服系统。按控制对象和使用目的，主要分为进给、主轴、辅助驱动⑴进给驱动控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一种精密的位置跟踪与定位系统，它包括速度控制和位置控制。⑵主轴驱动控制机床主轴的旋转运动和切削过程中的转矩和功率，一般以速度控制为主。⑶辅助驱动控制刀库、料库等辅助系统，多采用简单的位置控制。闭环进给伺服系统闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床的工作台上，检测装置测出实际位移量或者实际所处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比较，求得差值，依此构成

3、闭环位置控制。闭环方式被大量用在精度要求较高的大型数控机床上。位置控制模块速度控制单元伺服电机工作台位置检测测量反馈伺服驱动装置速度环速度检测位置环半闭环进给伺服系统半闭环伺服系统一般将位置检测元件安装在电动机轴上，用以精确控制电机的角度，然后通过滚珠丝杠等传动部件，将角度转换成工作台的位移，为间接测量(图6-3)。即坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，其传动误差没有得到系统的补偿，因而半闭环伺服系统的精度低于闭环系统。目前在精度要求适中的中小型数控机床上，使用半闭环系统较多。位置比较速度控制

4、工作台伺服电机位置反馈速度反馈指令+图6-3半闭环伺服系统简图－开环进给伺服系统开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件，它没有位置反馈回路和速度反馈回路，因此设备投资低，调试维修方便，但精度差，高速扭矩小，被用于中、低档数控机床及普通机床改造。如图6-2为开环伺服系统简图，步进电机转过的角度与指令脉冲个数成正比，其速度由进给脉冲的频率决定。工作台驱动器图6-2开环伺服系统简图指令脉冲步进电机齿轮箱二、数控机床对伺服系统的要求数控机床对伺服系统的要求可归纳为以下几方面：1.高精度要求伺服系统的定位误差

5、特别是重复定位误差小，跟随误差小。2.快速响应，无超调加工过程中，要求加减速度足够大，以便缩短伺服系统过渡过程时间。3.电机调速范围宽加工工件的种类、加工用刀具的不同，为保证在任何条件下都能得到最佳切削状态，要求进给驱动必须具有足够宽的调速范围。4.低速大扭矩根据机床加工的特点，大都是在低速进行重切削，即在低速时，进给驱动系统能够提供足够大的扭矩。5.可靠性高对环境的适应性强，性能稳定，使用寿命长平均故障间隔时间长。第二节伺服系统中常用的检测装置检测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的作用是

6、检测位移和速度，发送反馈信号，构成半闭环、闭环系统。检测装置的性能检测装置的性能指标主要反应在其动态特性和静态特性上。静态特性包括精度、分辨率、灵敏度、测量范围和量程、迟滞、零漂与温漂。检测装置的精度指标主要包括系统精度和系统分辨率。系统精度是指在一定长度或转角内测量积累误差的最大值系统分辨率是测量元件所能正确检测的最小位移量动态特性主要指检测装置的输出量对随时间变化的输入量的响应特性。常用位置检测元件及分类一、旋转变压器模拟型，增量式二、感应同步器非接触式模拟式测量。两个其间保持均匀气隙的平面形

7、印刷绕组，相对平行移动时，根据交变磁场和互感原理而工作的。直线型感应同步器：测量直线位移,由定尺和滑尺组成；圆形感应同步器:测量角位移,由转子和定子组成。（一）感应同步器的结构（二）感应同步器的工作原理（三）感应同步器输出信号的处理方式（四）感应同步器的特点（一）感应同步器的结构定尺为连续绕组滑尺为分段绕组，分为正弦绕组和余弦绕组两部分节距一定，滑尺的正弦绕组与定尺绕组错开1/4节距。（二）感应同步器的工作原理感应同步器根据电磁感应原理而工作。感应电势的变化，来检测在一个节距w内的位移量。（三）感

8、应同步器输出信号的处理方式⒈鉴相方式根据感应输出电压的相位来检测位移。⒉鉴幅方式根据定尺输出的感应电势的幅值变化来检测位移（四）感应同步器的特点精度高其输出的电压是许多对极感应电压的平均值，在误差均化的作用下，使所得到的测量精度比元件本身的制造精度高得多。可用于长距离位移测量直线型感应同步器可方便地利用多根定尺接长来满足较大测量范围的要求。对环境的适应性强它是利用电磁感应原理产生信号，所以不怕油污和灰尘污染，测量信号与位置一一对应，不易受干扰。使用寿命长，维护简单。工艺性好，成本低