【正文】 技術(shù) 2．閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作原理 由 CNC插補(bǔ)得到的指令進(jìn)給位移量 F與位置檢測(cè)反饋的機(jī)床移動(dòng)部件（如工作臺(tái)）實(shí)際位移量 Pf進(jìn)入位置控制模塊的比較環(huán)節(jié)后，可得到位置偏差 e（ e＝ FPf）。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) 例：若由 CNC插補(bǔ)得到的指令進(jìn)給位移量 F＝ 10單位（脈沖當(dāng)量）由于剛開始工作臺(tái)處于靜止?fàn)顟B(tài)，反饋的機(jī)床移動(dòng)部件實(shí)際位移量 Pf＝ 0，經(jīng)比較環(huán)節(jié)后，位置偏差 e＝ F－ Pf＝ 10單位，將位置偏差轉(zhuǎn)換為一定的值 VCMD發(fā)往速度控制單元，速度控制單元根據(jù) VCMD的大小，控制伺服電動(dòng)機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而經(jīng)絲杠帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。 Copyright 169。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) : 由于電刷和換向器的作用，使轉(zhuǎn)子繞組中的任何一根導(dǎo)體，只要一轉(zhuǎn)過中性線，即由定子 S極下的范圍進(jìn)入了定子 N極下的范圍，或者由定子 N極下的范圍進(jìn)入 S極下的范圍，那么這根導(dǎo)體上的電流一定要反向。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) 直流電動(dòng)機(jī)存在兩組基本關(guān)系： IaRa + Ea ＝ U （ Ea＝ Ceφ n） T＝ CTφ Ia 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性式中 Ra—— 電樞電阻； Ia—— 電樞電流； U—— 電樞電壓； Ea—— 電樞反電動(dòng)勢(shì)； Ce—— 反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)； φ —— 電動(dòng)機(jī)磁通量； n—— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； T—— 電動(dòng)機(jī)電磁力矩； CT—— 電磁力矩常數(shù)。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) 實(shí)際采用改變電樞電壓 U來(lái)調(diào)速的方法。 直流電動(dòng)機(jī)的定子有為永久磁鐵或?yàn)榧?lì)繞組所形成的磁極兩種。 晶閘管調(diào)速系統(tǒng)中，多采用三相全控橋式整流電路作為直流速度控制單元的主回路，通過對(duì) 12個(gè)晶閘管觸發(fā)角（控制角）的控制，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)電樞壓的目的； 而脈寬調(diào)速系統(tǒng)是利用脈寬調(diào)制器對(duì)大功率晶體管的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制，將直流電壓轉(zhuǎn)換成某一頻率的方波電壓，加到電動(dòng)機(jī)電樞的兩端，通過對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 （ 2）電樞電流脈沖小。它具有極快的定位速度和很高的定位精度，抗負(fù)載擾動(dòng)的能力強(qiáng)。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) 系統(tǒng)由電流、速度兩個(gè)反饋回路組成，所以稱為 雙環(huán)系統(tǒng) 。電流調(diào)節(jié)器與速度調(diào)節(jié)器均采用 PID調(diào)節(jié)器，其由線性運(yùn)算放大器和阻容元件組成的校正網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。脈沖的幅值（即加在晶體管上的輸入電壓） Um是常數(shù)，周期 t是常數(shù)（因開關(guān)頻率恒定），脈沖寬度 S是隨每一周期內(nèi)“接通”的時(shí)間長(zhǎng)短而改變。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) Copyright 169。設(shè)計(jì)優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)電路能改善功率晶體管的開關(guān)特性，從而減小開關(guān)損耗，提高整機(jī)的頻率及功率器件工作的可靠性。理想的基極驅(qū)動(dòng)電流波形如圖所示。 Copyright 169。 PWM脈沖是由后面的控制電路產(chǎn)生的，驅(qū)動(dòng)電路的作用是將 PWM脈沖的功率加以放大，以驅(qū)動(dòng)大功率晶體管，要解決“不能共地”的問題，只須用光電耦合器件或脈沖變壓器將驅(qū)動(dòng)電路與后面的控制電路隔開即可。一般來(lái)說，光電耦合器件的響應(yīng)速度是比較慢的，故在高頻工作時(shí)應(yīng)考慮光電耦合器件的響應(yīng)時(shí)間。 事實(shí)上，在大功率晶體管導(dǎo)通的過程中，有兩種情況是很危險(xiǎn)的，一種是其集電極電流 Ic過大，另一種是其基極驅(qū)動(dòng)電流 IB不足。 Copyright 169。 Copyright 169。 UA和 UB經(jīng)過后面的 4 只比較器與基準(zhǔn)電位（零電位）相比較。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) ① 控制電平 Uc的大小與電動(dòng)機(jī)電樞兩端的脈沖電壓的寬度成正比，因而在穩(wěn)態(tài)，控制電平 Uc與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也是成正比的。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) 在前邊的討論中總是假定功率晶體管為理想開關(guān)。延時(shí)電路的作用是使功率晶體管在確定的時(shí)刻關(guān)斷后，另一只開關(guān)功率晶體管要在延時(shí)了一段時(shí)間之后才可導(dǎo)通。 Copyright 169。一般延時(shí)時(shí)間設(shè)定有幾微秒到幾十微秒。直通的現(xiàn)象是應(yīng)該禁止的，因?yàn)橹蓖〞?huì)增加開關(guān)功率晶體管的功耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致短路事故。故稱這種斬波器為倍頻式斬波器，而稱這種脈沖寬度調(diào)制器為倍頻式脈寬調(diào)制器。 P P P P4的 4 路 PWM信號(hào)經(jīng)延時(shí)處理和驅(qū)動(dòng)電路放大后，分別驅(qū)動(dòng)主回路中的4個(gè)大功率晶體管 VT VT VTVT4?？刂齐娖?Uc與三角波信號(hào) UΔ在 B點(diǎn)疊加。脈沖寬度調(diào)制器是產(chǎn)生 PWM脈沖的環(huán)節(jié)，產(chǎn)生 PWM脈沖經(jīng)基極驅(qū)動(dòng)電路放大后，驅(qū)動(dòng)直流斬波器中大功率晶體管。 通過驅(qū)動(dòng)電路直接實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率晶體管的保護(hù)也稱為“就地保護(hù)”。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) ③ 應(yīng)具有保護(hù)功能。光電耦合器件與晶體管一樣可以線性工作，也可以工作于開關(guān)狀態(tài)。為了防止基極驅(qū)動(dòng)電路之間的相互影響，每一只大功率晶體三極管的基極驅(qū)動(dòng)電路都必須有它自己的“地電位”。導(dǎo)通階段的基極驅(qū)動(dòng)電流 IB2 應(yīng)該使大功率晶體管恰好維持在準(zhǔn)飽合狀態(tài)，以便縮短存儲(chǔ)時(shí)間。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) ① 要能提供最優(yōu)化驅(qū)動(dòng)。 (2）大功率晶體三極管的基極驅(qū)動(dòng)電路。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) 負(fù) 載S1S3S4S2V s / 2V s / 2PQV2T1 T2 T1 T2 T1 +Vs Vs VL Copyright 169。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) 3． PWM直流調(diào)速的工作原理 所謂脈寬調(diào)制，就是使功率放大器中的大功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率與加在晶體管上的輸入電壓保持恒定，根據(jù)控制信號(hào)的大小來(lái)改變每一周期內(nèi)“接通”和“斷開”的時(shí)間長(zhǎng)短，即改變“接通”脈寬，使晶體管輸出到電動(dòng)機(jī)電樞上電壓的“占空比”改變，從而改變電動(dòng)機(jī)電樞上的平均電壓，完成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。其外環(huán) —— 速度環(huán)，由與電動(dòng)機(jī)同軸安裝的測(cè)速發(fā)電動(dòng)機(jī)獲得電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋構(gòu)成，其作用是對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)態(tài)特性。故目前在中小功率的伺服驅(qū)動(dòng)裝置中，大多采用性能優(yōu)異的 PWM，而在大功率場(chǎng)合中，則采用 SCR。 （ 3）動(dòng)態(tài)特性好。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) 采用晶體管脈寬調(diào)速（ PWM）系統(tǒng)與晶閘管控制方式（ SCR）相比具有如下主要優(yōu)點(diǎn)： （ 1）避開與機(jī)械的共振。 Copyright 169。但供電電壓不能超過電動(dòng)機(jī)的額定電壓。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) 其對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性曲線如圖所示。因此，轉(zhuǎn)子的總磁勢(shì)的方向始終與定子磁勢(shì)正交，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生了電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。雖然當(dāng)前交流伺服電動(dòng)機(jī)已逐漸取代直流伺服電動(dòng)機(jī)，但由于歷史的原因，直流伺服電動(dòng)機(jī)仍被采用，并且已用于數(shù)控機(jī)床的大量直流伺服驅(qū)動(dòng)還需要維護(hù)，因此了解直流伺服驅(qū)動(dòng)仍是很必要的。相應(yīng) VCMD值變小，由速度控制單元控制的伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變小，隨著機(jī)床移動(dòng)部件的不斷運(yùn)動(dòng)，位置反饋量的不斷增加，位置偏差不斷地減小，從而伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越來(lái)越小。而速度控制單元的任務(wù)則是根據(jù)指令速度控制命令 VCMD值的大小，來(lái)控制伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。位置控制環(huán)主要是對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸進(jìn)行高要求的位置控制，即不僅對(duì)單個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)速度和位置精度的控制有嚴(yán)格要求，而且在多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，還要求各移動(dòng)軸有很好的動(dòng)態(tài)配合。 360 ()Z m k??????Copyright 169。m) 處于靜態(tài)的步進(jìn)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置分為二類，一類是其本身包括環(huán)行分配器（硬件環(huán)形分配器） ,另一類是驅(qū)動(dòng)裝置沒有環(huán)行分配器，環(huán)行分配需由數(shù)控裝置中的計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成（軟件環(huán)行分配器）。接著繞組由 U2低壓供電，繞組中的電流立即下降，但剛降至額定值以下時(shí)，由于采樣電阻 Re的反饋?zhàn)饔?，使整形電路無(wú)信號(hào)輸出，此時(shí)高壓前置放大電路又使 VT1導(dǎo)通，電流又上升。 by ARTCOM PT All rights reserved. 數(shù)控技術(shù) tH uHb udb uL iL /( )Hu R r?/( )Ldu