【正文】 速度特性曲線 （ 工作曲線） 2) 負(fù)載 工作周期曲線 根據(jù)以上各式可以求得： （ ） 2 一般 直流電機(jī)的工作特性 3/9/2023 數(shù)控機(jī)床中常用的伺服電機(jī) ： 直流伺服電機(jī)（調(diào)速性能良好） 交流伺服電機(jī)（主要使用的電機(jī)） 步進(jìn)電機(jī)（適于輕載、負(fù)荷變動(dòng)不大） 直線電機(jī)（高速、高精度） 3/9/2023 常用的直流電動(dòng)機(jī)有：永磁式直流電機(jī)（有槽、無槽、杯型、 印刷繞組） 勵(lì)磁式直流電機(jī) 混合式直流電機(jī) 無刷直流電機(jī) 直流力矩電機(jī) 直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)： 永磁式直流電機(jī)類型中的 有槽電樞永磁直 流電機(jī)（普通型） ； 直流主軸伺服系統(tǒng)： 勵(lì)磁式直流電機(jī)類型中的 他激直流電機(jī) 。 伺服系統(tǒng)的分類 3/9/20233．按被控對(duì)象分類 （ 1）進(jìn)給伺服系統(tǒng) 指一般概念的位置伺服系統(tǒng)，包 括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。缺點(diǎn)：有電刷，速度不高。噪聲、漏油。w 該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類 n 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)w 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測。w 由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除。n 這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。（ 4）能承受頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)。5． 低速大轉(zhuǎn)矩 進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個(gè)速度 范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩；主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn) 矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。直接 影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。 嚴(yán)格來說：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。它忠實(shí)地執(zhí)行由 CNC裝置發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服機(jī)構(gòu)或伺服單元。第第 6 章章 數(shù)控伺服系統(tǒng)3/9/2023 概 述 伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合性強(qiáng) 。3/9/2023 伺服系統(tǒng)的組成 組成： 伺服電機(jī) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制轉(zhuǎn)換電路 電子電力驅(qū)動(dòng)放大模塊 位置調(diào)節(jié)單元 速度調(diào)節(jié)單元 電流調(diào)節(jié)單元 檢測裝置一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu) ：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。3/9/20231． 精度高 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程 度。3． 快速響應(yīng) 快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大 的輸出功率。 對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求 3/9/2023 1．按調(diào)節(jié)理論分類（ 1）開環(huán)伺服系統(tǒng) （ 2）閉環(huán)伺服系統(tǒng) （ 3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的分類指令驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī) 工作臺(tái)脈沖伺服電機(jī)速度檢測速度控制位置控制 位置檢測伺服電機(jī)速度控制位置控制工作臺(tái)脈沖編碼器指令3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類n 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)w沒有位置測量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置→ 進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測與反饋單元位置控制單元 速度控制單元++ 電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類 w 從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量。3/9/20232． 按使用的執(zhí)行元件分類 （ 1）電液伺服系統(tǒng) 電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。（ 2）電氣伺服系統(tǒng) 伺服電機(jī)（ 步進(jìn)電機(jī) 、直流電機(jī)和交流電機(jī)） 優(yōu)點(diǎn)：操作維護(hù)方便，可靠性高。 2）交流伺服系統(tǒng) 交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服系 統(tǒng)） 和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服系統(tǒng)）。 （ 2）主軸伺服系統(tǒng) 只是一個(gè)速度控制系統(tǒng)。 直流伺服電機(jī)及工作特性 3/9/2023 1．直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)極靴機(jī)殼 瓦狀永磁材料（定子）電樞（轉(zhuǎn)子）換向極主磁極定子轉(zhuǎn)子線圈圖 圖 3/9/2023⑴ 靜態(tài)特性電磁轉(zhuǎn)矩由下式表示 : （ ） KT — 轉(zhuǎn)矩常數(shù)； Φ — 磁場磁通； Ia — 電樞電流； TM — 電磁 轉(zhuǎn)矩。圖 6﹒ 9負(fù)載 工作周期曲線M/（ Ncm） 轉(zhuǎn)矩極限1202310000 8000 （ 1）永磁交流同步伺服電機(jī)的發(fā)展 ① 新永磁材料的應(yīng)用 釹鐵硼 ② 永久磁鐵的結(jié)構(gòu)改革 內(nèi)裝永磁交流同步伺服電機(jī) ③ 與機(jī)床部件一體化的電機(jī) 空心軸永磁交流同步伺服電機(jī)（ 2）交流主軸伺服電機(jī)的發(fā)展 ① 輸出轉(zhuǎn)換型交流主軸電機(jī) 三角 星形切換，繞組數(shù)切換或二者組合切換。不但有速度控制， 還有位置控制。速度控制： 主要是調(diào)速，調(diào)速有機(jī)械 、 液壓和電氣方法，電氣調(diào) 速最有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。屬于恒功率調(diào)速。 電流環(huán)：電流調(diào)節(jié) (P或 PI)。速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器觸發(fā)脈沖發(fā)生器可控硅整流器電流反饋速度反饋電流檢測編碼器 電機(jī)UR+ Uf IfIR+E1ES3/9/20232）主回路 工作原理組成 ： 由大功率晶閘 管構(gòu)成的三相全控橋式（三相全波）反并接可逆電路， 分成二大部分（ Ⅰ 和 Ⅱ ），每部分內(nèi)按三相橋式連接，二組反并接， 分別實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn) 和反轉(zhuǎn)。 5在正半周導(dǎo)通， 6在負(fù)半周導(dǎo)通。 為保證合閘后兩個(gè)串聯(lián)可控硅能同時(shí)導(dǎo)通 ， 或已截止的相再次導(dǎo)通 ， 采用雙脈沖控制。 4 6 2 7 9 111 3 5 8 12 10ABCMⅠ ⅡUMUDKMKM+3/9/2023原理：e)u ac b c a ba)b)c)d)1 3 5 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ωtub2 4 6b c aωtωtωtωt1 1 3 3 5 5 1 1 3 3 6 2 2 4 4 6 6 2 2 4 1 3 52 4 6120176。1 32 460176。主回路波形圖3/9/20233）控制回路分析觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的過程：改變觸發(fā)角，即改變控制角U1U2R1R2R3 C+同步信號(hào)過零信號(hào)由速度 F變換來的電流調(diào)節(jié)器輸出的直流信號(hào) ,1 2 3窄脈沖 ： 即移相觸發(fā)脈沖同步信號(hào)方波信號(hào)矩齒波矩齒波與直流電壓疊加 信號(hào)尖脈沖直流電壓（ 可控硅導(dǎo)通時(shí)間），可調(diào)速。① 速度調(diào)節(jié)器：比例積分 PI，高放大（相當(dāng)