【正文】 （ 4）全數(shù)字伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的分類 3/9/2023 伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī) 為數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是速 度和軌跡控制的執(zhí)行元件。動(dòng) 態(tài)響 應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好。 缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。 w 由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。w 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代 CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)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 半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。n 一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。（ 3） 反應(yīng)速度快，電機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、較大的 轉(zhuǎn)矩、盡可能小的機(jī)電時(shí)間常數(shù)和很大的加速度 (400rad / s2以上 )。 0～ 24m / min。2． 穩(wěn)定性好 穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在 短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。電力電子驅(qū)動(dòng)裝置由 驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路 和 功率放大器 組成。如果說(shuō)C裝置是數(shù)控系統(tǒng)的 “大腦 ”，是發(fā)布 “命令 ”的 “指揮所 ”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的 “四肢 ”，是一種 “執(zhí)行機(jī)構(gòu) ”。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置 (計(jì)算機(jī) )和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它接受來(lái)自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令信號(hào)，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。3/9/2023 概 述 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。3/9/2023 伺服系統(tǒng)的組成 位置調(diào)解 速度調(diào)解 電流調(diào)解 轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng) 工作臺(tái)電流反饋速度反饋位置反饋MG 位置、速度和電流環(huán)均由： 調(diào)節(jié)控制模塊 、 檢測(cè) 和 反饋部分組成。包括定位精度和輪廓加工精度。4．調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速 和最低轉(zhuǎn)速之比。 對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求 3/9/2023對(duì)伺服電機(jī)的要求：（ 1）調(diào)運(yùn)范圍寬且有良好的穩(wěn)定性，低速時(shí)的速度平穩(wěn)性（ 2） 電機(jī)應(yīng)具有大的、較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿足低速 大轉(zhuǎn)矩的要求。電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件A相、 B相C相、 …f、 nCNC插補(bǔ)指令脈沖頻率 f脈沖個(gè)數(shù) n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類 n 無(wú)位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能和精度。3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類n 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)w 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動(dòng)裝置 (常用伺服電機(jī) )或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。但可對(duì)這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。具有很高的位置控制精度。 優(yōu)點(diǎn)：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常 數(shù)小、反應(yīng)快和速度平穩(wěn)。 1）直流伺服系統(tǒng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺 服電機(jī)和中小慣量直流伺服電機(jī)；主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用他激直流伺 服電機(jī)。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需維護(hù)、適合于在惡劣環(huán)境下工作。 C 軸控制功能。電樞回路的電壓平衡方程式為 : （ ） Ua─ 電樞上的外加電壓； Ra─ 電樞電阻； Ea─ 電樞反電勢(shì)。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時(shí)： 理想空載轉(zhuǎn)速 （ ） 當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)： 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ( ） 當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)某一負(fù)載 TL時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速的差 （ ） 2一般 直流電機(jī)的工作特性 ωO△ ω 過(guò)載倍數(shù) Tmd，負(fù)載工作周期比 d。Ⅱ 換向極限 溫度極限 0 500 1000 1500 n 圖 6﹒8 永磁直流伺服電機(jī)工作曲線 Ⅰ 區(qū)為連續(xù)工作區(qū)； Ⅱ 區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，由負(fù)載 工作周期曲線決定工作時(shí)間； Ⅲ 區(qū)為瞬時(shí)加減速 區(qū)3/9/2023 4．主軸直流伺服電機(jī)的工作原理和特性 O nj nmax nP,T 1 2圖 直流主軸電機(jī)特性曲線 1轉(zhuǎn)矩特性曲線 2功率特性曲線3/9/2023直流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)： ◆ 它的電刷和換向器易磨損； ◆ 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，應(yīng)用環(huán)境的限制； ◆ 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高。 ② 液體冷卻電機(jī) ③ 內(nèi)裝式主軸電機(jī) 交流伺服電機(jī)的發(fā)展 3/9/2023 速度控制概述： 速度控制系統(tǒng)由速度控制單元、伺服電機(jī)和速度檢測(cè) 裝置組成。在整個(gè)速度范圍內(nèi)，保持恒轉(zhuǎn)矩。3/9/2023 直流進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度控制 1.、 直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理 根據(jù)機(jī)械特性公式可知調(diào)速有二種方法 :電樞電壓 Ua和 氣隙磁通 Φ ⑴ 改變電樞外加電壓 Ua :由于繞組絕緣耐壓的限制，調(diào)壓只能在額定 轉(zhuǎn)速以下進(jìn)行。 ◆ 晶閘管（可控硅） 調(diào)速系統(tǒng) ◆ 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM ） 調(diào)速系統(tǒng)（ ）（ ）3/9/2023(1) 晶閘管調(diào)速系統(tǒng)1）系統(tǒng)的組成 包括 控制回路 ：速度環(huán)、電流環(huán)、觸發(fā)脈沖發(fā)生器等。作用：加快響應(yīng)、啟動(dòng)、低頻穩(wěn)定等。 原理 ： 三相整流器，由二個(gè)半波整流電路組成。每 組內(nèi)（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差 120186。既每個(gè)觸發(fā)脈沖在導(dǎo)通 60186。120176。60176。 沒(méi)反饋是開(kāi)環(huán)，特性軟。3/9/2023運(yùn)算放大器的類型⑴ 反向比例放大器 ⑵ 反向比例加法運(yùn)算放大器 ⑶ 同向比例放大器 ⑷ 積分運(yùn)算放大器⑸ 比例積分運(yùn)算放大器： ⑹ 比較器R3 R3U1U2R1R2R3+U1R1 U2R2C+U1U2R1R2R3 C+U1U2R1R2 +U3U2R4R2+U1R1U1U2R2R1 +U2二個(gè)輸入端的內(nèi)阻非常大，不向運(yùn)放內(nèi)流電流，放大倍數(shù)非常大。 功率 (平均 ) P =UIcos φ 由于交流電路中電感電容的存在，平均功率不等于電壓電流的乘積，而差一個(gè) cos φ ，既與電壓電流的相位差有關(guān)。3/9/2023 [總結(jié) ] 速度控制的原理 ： ① 調(diào)速： 當(dāng)給定的指令信號(hào)增大時(shí)，則有較大的偏差信號(hào)加到調(diào)節(jié)器的 輸入端，產(chǎn)生前移的觸發(fā)脈沖，可控硅整流器輸出直流電壓提高，電 機(jī)轉(zhuǎn)速上升。 ④ 啟動(dòng)、制動(dòng)、加減速： 電流調(diào)節(jié)器還能保證電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的大轉(zhuǎn)