《数控原理与系统》第5章 进给运动的控制ppt课件.ppt

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1、第5章进给运动的控制5.1开环进给系统性能分析5.2闭环进给位置控制系统的结构分析5.3电气传动部分对位置误差的影响5.4机械传动链对位置控制特性的影响5.5进给运动控制参数的设置小结习题本章导读进给运动是保证零件加工精度和效率的重要运动。是“机—电”结合的关键所在。本章对数控机床“机—电”结合部分的结构、性能进行了分析，并介绍了常用的匹配、补偿方法，包括开环进给系统性能分析、闭环进给系统结构模型及性能分析、进给系统匹配参数设置及补偿参数设置等内容。了解和掌握进给运动的控制原理，对使用和维护数控机床有重要的意义。5.1开环进给系统性

2、能分析由于开环进给系统中没有位置反馈检测装置，其前向通道中的各种误差就无法通过反馈信息来加以补偿，从而会引起输出位置误差。因此，需要找出造成输出位置误差的主要因素，并采取一些必要的措施来加以改善，从而提高系统的控制性能。1.影响进给精度的主要因素在开环系统中，影响工作台位移精度的主要因素包括如下几个方面。（1）步进电机的步距误差。数控机床用的步进电机，步距误差一般为±10〞～±25〞。（2）步进电机的动态误差。当步进电机进行单步运行时，存在明显的振荡现象，其超调量约为步距角的20%～30%。并且当工作于较低频率区时（300Hz～50

3、0Hz），还会出现共振现象。（3）齿隙误差。包括减速齿轮的传动间隙，滚珠丝杠和螺母之间的传动间隙等。（4）滚珠丝杠的螺距误差。（5）滚珠丝杠，螺母支架，轴承等机械部件的受力变形和热变形引起的误差。（6）工作台导轨的误差。2.提高进给精度的主要措施针对上述造成工作台位移误差的主要因素，分别可以采取如下措施来进行改善。（1）选用高质量的步机电机。为了减小因步进电机步距误差、动态误差引起的位置误差，可选择步距角较小，精度较高，稳定好的步进电机。采用精密传动副，减小传功链中的间隙等等。另外，还可利用硬件电路和软件方法来进一步提高系统的综合性

4、能。（2）选用高性能的驱动装置。选用性能好，与步进电机匹配的驱动装置，可有效地改善步进电机的动态性能，防止失步和震荡。此外，也可选用带细分的驱动装置，以提高进给分辨率。（3）合理的进行补偿。根据齿隙误差的特点，当工作台运动方向改变时可利用CNC装置的间隙补偿功能进行补偿；对于滚珠丝杠的螺距误差，可利用CNC装置的螺距误差补偿功能进行校正。（4）增加位置测量，采用混合式控制。对于精度要求较高的大型数控机床，针对开环系统的不足，可在其基础之上增设一套工作台位移检测装置，如直光栅或感应同步器等，用以监视并补偿前向通道的误差，构成混合步进系

5、统。当系统中没有传动误差时，反馈电路部分相当于不工作，只有开环部分工作；当出现传动误差时，由反馈电路发出一定数目的附加脉冲，用以补偿步进电动机多走或少走的步数。可见，在该系统中机床本身并不含在定位伺服系统中，而是处于补偿回路中，使系统易于调试，类似于开环，但系统精度又接近于闭环。5.2闭环进给位置控制系统的结构分析1.闭环进给位置控制系统的结构闭环进给位置控制系统带有位置检测反馈装置，采用直流或交流伺服驱动系统，位置检测元件安装在机床工作台上或电机的轴端，其结构框图如图5.1所示。图5.1闭环进给位置控制系统结构框图安装在工作台上的

6、位置传感器(在半闭环中为安装在电动机轴上的角度传感器)将机械位移转换为数字脉冲，该脉冲送至数控装置的位置测量接口，由计数器进行计数。计算机以固定的时间周期对该反馈值进行采样，将采样值与插补输出结果相比较，得到位置误差。该误差经软件位置放大，输出给数模转换器(D／A)，从而为伺服装置提供控制电压，驱动工作台向减少误差的方向移动。如果插补输出不断有进给量产生，工作台就不断地跟随该进给量运动，只有在位置误差为零时，工作台才停止在要求的位置上。2.闭环进给位置控制系统的数学模型根据闭环进给位置控制系统的结构，不难画出系统数学模型框图如图5.

7、2所示。图5.2闭环进给位置控制系统的数学模型3.数学模型的构成（1）跟随误差E。跟随误差E实际上就是指令位置Xi与实际位置Xf的差值。（2）开环增益K。K为整个系统的开环增益，K=KvKdaKmKa（1/s），其中：·Kv为位置放大系数（软件增益），它是由CNC内部的参数设置的，单位为数字/数字。可通过设置Kv值来调整整个回路的开环增益。·Kda为数模转换系数。CNC装置通过DAC数模转换器输出-10～+10V的电压来控制伺服电动机的运动。Kda的单位为V／数字，它描述了CNC内每一个数值“1”对应的电压值。开环增益K是决定整个系

8、统性能的重要参数，在机床调试时需进行调整。由上可以看出，当设备选定后，调整开环增益的唯一方法就是调整软件增益KV和伺服放大倍数Km。（3）在图5.1中，伺服驱动系统是一个复杂的双闭环系统，属于二阶振荡。考虑到CNC内部的DAC转换以及