第五章 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概述伺服驱动系统简称为伺服系统(Servosystem)，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。伺服系统的性能，在很大程度上决定了数控机床的性能。一、数控机床伺服系统的分类1、按伺服系统调节理论：开环、闭环和半闭环2、按驱动部件的动作原理：电液控制系统和电气控制系统（步进电机驱动系统、直流伺服系统和交流伺服系统）3、按反馈比较控制方式：脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统和全数字伺服系统开环伺服系统即无位置反馈的系统：电液脉冲电动机驱动的电液控制系

2、统和功率步进电动机驱动的全电气位置控制系统。闭环伺服系统：电液伺服系统和全电气的直流、交流伺服系统。直流(DC)伺服系统，大惯量直流伺服电动机具有良好的调速性能，输出转矩大，过载能力强构成闭环易于调整；小惯量直流伺服电动机具有可频繁启动、制动和快速定位与切削的特点。交流伺服(AC)电动机结构简单、不需要维护，适应在比较恶劣的环境下使用。交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、速度环和位置环的反馈控制全部数字化，全部伺服的控制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处理；采用前馈与反馈结

3、合的复合控制。4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。进给伺服系统：用于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、定位系统：速度控制和位置控制主轴伺服系统：用于控制机床主轴的旋转运动和切削过程的转矩和功率，以速度控制为主。辅助伺服系统：用在各类加工中心或多功能数控机床中，用来控制刀库、料库等辅助系统，采用简易的位置控制。二、数控机床对伺服系统的要求(1)高精度定位准确：重复定位精度、跟随误差(2)快速响应，无超调加减速度足够大；当负载突变时，要求速度的恢复时间段，且无振

4、荡(3)调速范围宽加减速(4)低速大转矩多在低速进行重切削，即在低速段进给驱动要有大的转矩输出(5)可靠性高第二节检测装置其作用：检测位移和速度，发送反馈信号，构成半闭环、闭环控制其性能：主要体现在它的静态特性（精度、分辨率、灵敏度、测量范围和量程、迟滞、零漂和温漂）和动态特性（其输出量对随时间变化的输入量的响应特性）上。检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位移量）位置检测装置分类数字式模拟式增量式增量式绝对式绝对式绝对式光点

5、脉冲编码器增量式光点脉冲编码器、圆光栅旋转变压器、圆形感应同步器、圆形磁尺多极旋转变压器、三速圆形感应同步器计量光栅、激光干涉仪编码尺、多通道透射光栅直线型感应同步器、磁尺三速直线型感应同步器、绝对值式磁尺直线型回转型按被测量和所用检测装置的安装位置关系分：直接测量和间接测量直接测量：对机床的直线位移采用直线型检测装置测量。其测量精度主要取决于测量元件的精度，不受机床传动精度的直接影响。间接测量：对机床的直线位移采用回转型检测装置测量。其测量精度取决于测量元件和机床传动链的精度。数控机床伺服伺服常用

6、的速度检测装置有：测速发电机、回转式脉冲发生器、脉冲编码器和频率/电压转换器等一、感应同步器感应同步器是利用两个平面形印刷绕组，其间保持均匀气隙，相对平行移动时，根据交变磁场和互感原理而工作。实质上就是多极旋转变压器的展开式直线型感应同步器由定尺和滑尺组成圆形感应同步器由转子和定子组成（一）、感应同步器的结构定尺为连续绕组，定尺节距W2，定尺节距即为检测周期W。滑尺上为分段绕组，分为正弦和余弦绕组两部，绕组可做成W形或U形。正弦与余弦绕组的中心距l1为：L1=(n/2+1/4)W（二）、直线型感应同

7、步器的工作原理1、直线型感应同步器的种类标准型、窄型、带状和三速(三重)式2、标准型直线感应同步器的工作原理若滑尺上加励磁电压，则由于电磁感应而在定尺绕组上产生感应电势。滑尺上的励磁电流为I1I1产生的耦合磁通为ΦI2为定尺绕组由于磁通耦合所产生的感应电流。I1I2定尺励磁电压：u=Umsinωt在定尺绕组产生的感应电势：e=kUmcosθcosωt在一个节距W内，位移x与θ的关系应为：θ=x·2π/W（三）、感应同步器输出信号的处理方式励磁方式的不同：鉴相方式和鉴幅方式1、鉴相方式根据感应输出电压

8、的相位来检测位移量的一种工作方式。滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同幅值、相位差900的交流电压，即us=Umsinωtuc=Umcosωt它们的单独励磁，在定尺绕组上的感应电势分别为：es=kUmcosθcosωtec=kUmcos(θ+π/2)sinωt=-kUmsinθsinωt根据叠加原理，在定尺绕组上总输出感应电势e为：e=es+ec=kUmcos(ωt+θ)=kUmcos(ωt+x·2π/W)通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之间的