【正文】 由于機床加工范圍較廣，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求機床執(zhí)行部件具有不同的運動速度，因此機床的主運動應(yīng)能進行調(diào)速，主軸調(diào)速系統(tǒng)一般采用交流主軸系統(tǒng)，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的主軸的交流拖動，同樣能夠很好滿足需要。 另一方面，從微處理器輸出的 U、 V相位信號分別送到 U 相和 V相的電流指令回路 12 并在電流指令回路中與幅值給定相乘后產(chǎn)生 U 相和 V相的電流給定指令。 交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)的原理如圖 49 所示。 采用編碼器的方式與使用磁性傳感器的方式相比，具有定位點在 0360176。控制系統(tǒng)的主回路一般采用晶閘管反并聯(lián)可逆整流 電路。此外，為了使電動機發(fā)熱最小，定子往往采用獨特附加磁極，以減小損耗，提高效率。 4） 功能上可擴充性好，如可以對系統(tǒng)的非線性、干擾轉(zhuǎn)矩等進行補償，提高系統(tǒng)的精度。 3）系統(tǒng)同時具有電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)控制的功能，以適應(yīng)不同的控制要求。速度誤差信號再經(jīng)調(diào)節(jié)器放大，作為轉(zhuǎn)矩指令輸出。 4)具有很高的轉(zhuǎn)矩 /慣量比，可實現(xiàn)系統(tǒng)的快速起動和制動。 交流伺服電動機一般都是永磁式的三相同步電動機。 4） VTB 和 VTD 晶體管導(dǎo)通。誤差信號ER 送到 A 相和 B 相調(diào)制器，并與三角波發(fā)生器產(chǎn)出的三角波進行邏輯運算后，經(jīng)脈寬調(diào)制、驅(qū)動放大之后輸出 TRA和 TRB 信號，控制晶體管 VTA 和 VTB 的基極；－ ER 信號與 H 角波進行邏輯運算后，經(jīng)脈寬調(diào)制、驅(qū)動放大之后輸出 TRC 和 TRD信號，控制晶體管 VTC 和 VTD 的基極。誤差寄存器的輸出與位置增益（ G）、偏移值補償（ D）運算合成后，送到脈寬調(diào)制器（ PWM）進行脈 寬調(diào)制。當 Ub1=Ub4 為正時， VT1 和 VT4 導(dǎo)通， VT2 和 VT3 不能立即導(dǎo)通， 因為電機的反電勢使 AB 存在續(xù)流，續(xù)流流經(jīng) VD3 和 VD2，保護了四個三極管 ， 若續(xù)流在這個過程沒有得到很大衰減 ，而Ub1=Ub4 為正的階段已經(jīng)來臨， 則 VT2 和 VT3 一直不能導(dǎo)通； 若續(xù)流在這個過程中得到很大衰減，則 VT2 和 VT3 導(dǎo)通， UAB 的電壓 =US。設(shè)定輸入電壓 U不變，墜 越大， 電機電樞端的平均電壓 Ua 越大，反之也成立。 直流電機 PWM 控制原理 直流斬波的功能是將某一直流電變?yōu)榱硪恍枰墓潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。, 對于某一線電壓例如 Uuv,半個周期兩邊 60176。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖 序列被加到模擬負 載上去的。能夠解決這個問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重 (如老式的家庭立體聲設(shè)備 )和昂貴。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。通過傳動帶帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過傳動帶和主軸箱內(nèi)的減速齒輪 (以獲得更大的轉(zhuǎn)矩 )帶動主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。 畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 課題名稱 PWM 變頻器在數(shù)控系統(tǒng)中的運用與分析 專業(yè) 班級 學(xué)號 姓名 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： PWM 變頻器在數(shù)控系統(tǒng)中的運用與分析 專業(yè)： 姓名： 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作起止時間： 畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容要求： PWM 技術(shù)的基本認識 控機床的伺服系統(tǒng) 技術(shù)在電機中的運用 技術(shù)在伺服 系統(tǒng)中的運用與分析 指導(dǎo)教師（簽名）： 系主任： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計開題報告 一、課題設(shè)計（論文）目的及意義 PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出 ,但是受 電力電子器件 發(fā)展水平的制約 ,在上世紀 80 年代以前一直未能實現(xiàn) 。 研究 PWM 變頻器在數(shù)控系統(tǒng)中的運用，具有十分重要的意義。由于主軸電機調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在 {0V, 5V}這一集合中取值。模擬電路還有可能嚴重發(fā)熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。噪聲只有在強到足以將邏輯 1 改變?yōu)檫壿?0 或?qū)⑦壿?0改變?yōu)檫壿?1時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。 區(qū)間用 Uuv 本身表示 ,中間 60176。 直流斬波電路采用的脈寬調(diào)制 （ Pulse Width ModulationPWM）控制技術(shù)，實際上就把直流電壓 “ 斬 ” 成一系列脈沖，改變脈沖的占空比來獲得所需的輸出電壓。 因此改變 墜 值就可以達到調(diào)壓的目的。 顯然， Ub1=Ub4 為正的時間和 Ub2=Ub3 為正的時間相同時， UAB 的平均電壓為 0，電機動態(tài)靜止 (如圖 32b 所示 )； 當 Ub1=Ub4 為正的時間長于 Ub2=Ub3 為正的時間時， UAB 的平均電壓＞ 0，電機正轉(zhuǎn)， UAB 的值越大，轉(zhuǎn)速越高；當 Ub1=Ub4 為正的時間短于 Ub2=Ub3 為正的時間時， UAB 的平均電壓＜0，電機反轉(zhuǎn)， UAB 的值越小，轉(zhuǎn)速越高。被調(diào)制的脈沖經(jīng)過 D/A 變換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓，作為速度控制單元（ W）的指令電壓 VCMD 輸出。 電動機正轉(zhuǎn)時，圖 42 中各信號的波形如圖 43 所示。此時電流方向從 電動機 M 經(jīng) VTB、續(xù)流 M 極管VDd 構(gòu)成回路。根據(jù)不同的規(guī)格與要求，永磁材料可分別采用鐵氧體、鋁鎳鈷和稀土材料等，電動機一般采用 全封閉結(jié)構(gòu)。 5)通過采用高精度的脈沖編碼器作為反饋器件，采用數(shù)字控制技術(shù)，可大大提高系統(tǒng)的位置控制精度。電流指令又與電流反饋信號相比較后，產(chǎn)生電流誤差信號，電流誤差信號經(jīng)放大，輸出到 PWM控 制回路，進行脈寬調(diào)制控制。 4）驅(qū)動系統(tǒng) CPU可與主 CPU之間進行通信，容易采用總線控制方式。 5）維修方便，系統(tǒng)的診斷、監(jiān)視功能比模擬伺服更強。 4）直流主軸驅(qū)動器主回路一般采用晶閘管三相全波整流，以實現(xiàn)四象限的運行。系統(tǒng)的工作原理可參閱直流進給伺服系統(tǒng)部分，在此不再贅述 。 范圍內(nèi)靈活可調(diào)，定位精 度高，定位速度快等優(yōu)點，而且還可以作為主軸同步進給的位置檢測器件，因此其使用較廣。其工作過程如下： 圖 49 交流主軸伺服系統(tǒng)原理框圖 由 CNC來的轉(zhuǎn)速給定指令 1在比較器中與測速反饋信號 2比較后產(chǎn)生轉(zhuǎn)速誤差信號，這一轉(zhuǎn)速誤差經(jīng)比例積分調(diào)節(jié)器 3放大后，作為轉(zhuǎn)矩給定指令電壓輸出。 電流給定指令與電流反饋信號比較之后的誤差，經(jīng)放大送到 PWM 控制回路 14變 成固定頻率的脈寬調(diào)制信號，其中 W 相信號由 Iu、 Iv兩信號合成產(chǎn)生。主驅(qū)動電機通過皮帶傳動帶動主軸旋 轉(zhuǎn)，或通過皮帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪（以獲得更大的轉(zhuǎn)矩）帶動主軸旋轉(zhuǎn)。 五 、結(jié)論 一般采用多電機拖動，主軸和各進給系統(tǒng)分別由各自的電機來拖動。兩者輸出經(jīng)乘法器 11 處理后，形成定子電流的幅值給定。 6）主軸電動機轉(zhuǎn)速的提高不受換向器的限制，最高轉(zhuǎn)速通常比直流主軸電動機更高，可達到數(shù)萬轉(zhuǎn)。 當采用磁性傳感器作為位置檢測器件時，磁性器件應(yīng)直接安裝在主軸上，而磁性傳感頭則應(yīng)固定在主軸箱體上。 由圖可見，主軸驅(qū)動系統(tǒng)類似于直流進給伺服系統(tǒng)，它也是由速度環(huán)和電流 環(huán)構(gòu)成的雙環(huán)速度控制系統(tǒng)，通過控制直流主軸電動機的電樞電壓實現(xiàn)變速。 3）主軸電動機通常采用特殊的熱管冷卻系統(tǒng)，能將轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量迅速向外界發(fā)散。 3）系統(tǒng)所用的元器件少，可靠性高。 2）具有 A/D 變換控制功能，可將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。系統(tǒng)