數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)-全文預(yù)覽
【正文】 于 端的 信號(hào)超前于 信號(hào)時(shí)， 領(lǐng)先于 從 1變?yōu)?0， 觸發(fā)器由 信號(hào)的下降沿觸發(fā)時(shí)， 端的 信號(hào)已為 0，所以 NE端也為 0，如圖 610b所示。可以通過(guò)低通濾波的方法取出它的直流分量，作為相位差 △ 的電平指示。 S A B A B??ABBAB69 信號(hào)也出現(xiàn)時(shí)， =1， =1，使兩與門輸出均為 0，或門輸出端 S=0。式中為指令信號(hào)的二分之一分頻，為位置信號(hào)的二分之一分頻。所以使 序列脈沖中插入一個(gè) 序列脈沖 。當(dāng)輸入一個(gè) PC－ 指令脈沖時(shí)，觸發(fā)器 1的Q1變?yōu)?1，觸發(fā)器 2的 Q2也變?yōu)?1，由于 為 0，封住了與非門Ⅰ ，所以扣除了一個(gè) 序列脈沖。 、 是由基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器發(fā)出的在相位錯(cuò)開 180176。結(jié)果使 X計(jì)數(shù)器的相位比較標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器超前了（ 1= PC+/N 360176。后，又變化了 1=（ PC/N） 360176。在基準(zhǔn)脈沖信號(hào)觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器和 X計(jì)數(shù)器之前，先向 X計(jì)數(shù)器輸入一定數(shù)量的指令脈沖 PC+。由基準(zhǔn)脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的基準(zhǔn)脈沖信號(hào) f0分成兩路。）。 =176。 至于一個(gè)脈沖相當(dāng)于多少相位增量，取決于脈沖 — 相位變換器中的分頻系數(shù) N和脈沖當(dāng)量。 c? 0?f? 0???f?0?c? f?0???55 圖 66 相位比較波形圖 56 圖 66 相位比較波形圖 57 (4)隨著工作臺(tái)的繼續(xù)正向移動(dòng)，實(shí)際相位 超前基準(zhǔn)相位 的數(shù)值增加，當(dāng) 時(shí)，經(jīng)鑒相器 ，速度控制信號(hào)為零，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，工作臺(tái)停止在指令所要求的位置上，如圖 66d所示。如(圖 66)所示為 Pc+=2時(shí)的相位比較波形圖。 實(shí)現(xiàn)相位比較的比較器為鑒相器 。 （ 5）將鑒相器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行功率和電壓放大的伺服放大器。 ?49 50 （ 1）能輸出一系列具有一定頻率的脈沖信號(hào)，為伺服系統(tǒng)提供一個(gè)相位比較基準(zhǔn)的基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。 48 相位比較伺服系統(tǒng) 相位比較伺服系統(tǒng)的檢測(cè)元件可以是旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器或磁柵等。A10輸出的負(fù)脈沖同時(shí)封鎖 A3和 A7，使指令脈沖和反饋脈沖不能通過(guò) A3和 A7而進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器。反向進(jìn)給時(shí)，反向指令脈沖 PC使可逆計(jì)數(shù)器做減法計(jì)數(shù)，反向反饋脈沖 Pf使可逆計(jì)數(shù)器做加法計(jì)數(shù)，其他過(guò)程和正向進(jìn)給相同。 44 45 可逆計(jì)數(shù)器的內(nèi)容由 0變?yōu)檎龜?shù)，其輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換和放大后，使伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)正向移動(dòng)。 43 在脈沖比較伺服系統(tǒng)中，只有實(shí)現(xiàn)指令脈沖 PC和反饋脈沖 Pf的比較后，才能得出位置的偏差值△ Pi，所以系統(tǒng)需要脈沖比較器。比較器為由加減可逆計(jì)數(shù)器組成的數(shù)字脈沖比較器，其組成框圖如圖 63所示。 （ 4）當(dāng) Pf+=2時(shí)， Pe=Pc+－ Pf+=2－ 2=0，則速度指令為零，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，工作臺(tái)停止在位置指令所要求的位置。現(xiàn)設(shè)工作臺(tái)處于靜止?fàn)顟B(tài)。 (4) 將比較器輸出數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成伺服電動(dòng)機(jī)模擬控制 信號(hào)的數(shù) /模轉(zhuǎn)換器。 35 2. 脈沖比較伺服系統(tǒng)組成 圖 62是以光電編碼器為位置檢測(cè)元件的脈沖比較伺服系統(tǒng)。脈沖比較伺服系統(tǒng)的檢測(cè)元件可以是光電脈沖編碼器或光柵。 具有反饋環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)具有抑制干擾的能力 ， 控制精度較高；但是反饋環(huán)節(jié)的引入增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性 ， 且增益選擇不當(dāng)時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定 。 29 傳動(dòng)間隙補(bǔ)償 在整個(gè)行程范圍內(nèi)測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)間隙，取其平均值存放在數(shù)控系統(tǒng)中的間隙補(bǔ)償單元，當(dāng)進(jìn)給系統(tǒng)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)將補(bǔ)償值加到進(jìn)給指令中，從而達(dá)到補(bǔ)償目的。 ???360ti ?26 例 1： ? = , t = mm, α= 176。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 30? (步距角 )， 一 個(gè)通電循環(huán)周期 (3拍 )轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 90?(齒距角 )。 A CA通電 C A39。 C39。 3. 三相雙三拍 按 AB ?BC ?CA的順序給三相繞組輪流通 電。 磁極拉住 4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn) 過(guò) 15?。 B B39。 C39。 磁極拉住 3齒，B、 B39。 C39。 B B39。 (一個(gè)齒距角 )。 按 A?B ?C ?A ? ?? 的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。 C39。 C39。氣隙產(chǎn)生以 AA為軸線的磁場(chǎng)，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過(guò)，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置： 3齒與 A、 A′極對(duì)齊。 14 C A39。在時(shí)間上與輸入的脈沖同步。 步進(jìn)電機(jī)和一般電機(jī)不同，一般電機(jī)通電后連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而步進(jìn)電機(jī)則隨輸入的脈沖按節(jié)拍一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，這類系統(tǒng)目前仍有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)。 9 開環(huán)控制系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī) 絲杠控制器 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力源工作臺(tái) 開環(huán)控制系統(tǒng)的組成 開環(huán)控制系統(tǒng)不存在反饋環(huán)節(jié) ， 系統(tǒng)輸出只受輸入的控制 。 8 （ 6）較強(qiáng)的過(guò)載能力 由于電動(dòng)機(jī)加減速時(shí)要求有很快的響應(yīng)速度，而使電動(dòng)機(jī)可能在過(guò)載的條件下工作，這就要求電動(dòng)機(jī)有較強(qiáng)的抗過(guò)載能力。對(duì)于主軸電動(dòng)機(jī)，因使用無(wú)級(jí)調(diào)速，要求有（ 1:100）～（ 1:1000）范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速以及 1:10以上的恒功率調(diào)速。這就對(duì)伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能提出了兩方面的要求：一方面，在伺服系統(tǒng)處于頻繁地起動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等動(dòng)態(tài)過(guò)程中，為了提高生產(chǎn)效率和保證加工質(zhì)量，要求加、減速度足夠大，以縮短過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，一般電動(dòng)機(jī)速度由零到最大，或從最大減少到零，時(shí)間應(yīng)控制在 200毫秒以下，甚至少于幾十毫秒，且速度變化不應(yīng)有超調(diào)；另一方面，當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，過(guò)渡過(guò)程恢復(fù)時(shí)間要短且無(wú)振蕩，這樣才能達(dá)到光滑的加工表面。這樣才能在輪廓加工中保證有較好的加工精度。它是一個(gè)三環(huán)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其中，外環(huán)是位置環(huán)，中環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。一般閉環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 。速度控制要求在負(fù)載變化時(shí)有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力，以保證速度恒定。 6 （ 3）響應(yīng)快速 為了提高生產(chǎn)率，保證加工精度要求伺服系統(tǒng)有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快。伺服電動(dòng)機(jī)要有更寬的調(diào)速范圍。對(duì)于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要是速度和位置控制。通常要求電動(dòng)機(jī)的慣量不小于移動(dòng)部件慣量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其它部分均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。由于所用電源是脈沖電源，所以也稱為脈沖馬達(dá)。 12 步進(jìn)電機(jī)的角位移量和輸入的脈沖數(shù)成正比。 13 步進(jìn)電機(jī)的分類 ?按運(yùn)動(dòng)方式分： 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)式步進(jìn)電機(jī)； ?按工作原理分：反應(yīng)式（磁阻式）、電磁式、永磁式； ?按結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)味问剑◤较蚴剑?、多段式（軸向式）； ?按使用場(chǎng)合分：功率步進(jìn)電機(jī)和控制步進(jìn)電機(jī)； ?按相數(shù)分：三相、四相、五相、六相、八相等； ?按使用頻率分： 高頻率和低頻步進(jìn)電機(jī)； 不同的步進(jìn)電機(jī)，其工作原理、驅(qū)動(dòng)裝置也不完全一樣。 A 3 4 1 2 A相繞組通電， B、 C相不通電。 B B39。、 C磁極軸線對(duì)齊。 A 16 這種工作方式下，三個(gè)繞組依次通電一次為一個(gè)循環(huán)周期，一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。而轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)過(guò)90176。 17 C A39。 B B39。 A、 B相同時(shí)通電， A、 A39。 B B39。 C A39。 、 C 磁極拉住 3 齒， B、 B39。 與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更 小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。 B B39。 C39。 A 與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電 循
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