【正文】 減速時(shí)，因誤差不斷減小，使工作臺(tái)減速運(yùn)動(dòng)。在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，經(jīng)常采用 由光電脈沖編碼器組成的位置檢測(cè)裝置，在全閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，經(jīng) 常采用光柵及其電路作為位置檢測(cè)裝置。下面 主要介紹閉環(huán)數(shù)字伺服系統(tǒng)的位置控制。這里，就是將 iα iβ轉(zhuǎn)化為 id與 iq。 與三相 A、 B、 C產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一致 。圖 a為三相 交流電機(jī)中彼此相差 120186。如果 僅控制定子電壓和頻率，其輸出特性（ n=f(T)） 也不是線性。 直流伺服電機(jī) 具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，是因?yàn)? 被控量為二個(gè)獨(dú)立的量：磁場(chǎng) Φ和電樞電流 Ia(或 Ua)，并且互不影響。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，可以將 f1大于 額定 頻率 ，得到大于額定值的轉(zhuǎn)速。這些曲 線族的線性段基本平行，但最大轉(zhuǎn)矩 Tm隨 著 f1 的下降而減小。 3/9/2023 交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：交流感應(yīng)異步電機(jī) 調(diào)速方法很多，變頻調(diào)速是最適用的方法，主要有： 壓頻（ u/f）調(diào)速 矢量變換控制調(diào)速 在電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望保持每極磁通為額定值。 圖 SPWM交 –直 –交變壓變頻器 3/9/2023 ⑵ 正弦脈寬調(diào)制原理 （以單相為例） 正弦脈寬調(diào)制 （ SPWM）波形 : 與正弦波等效的一系列等幅不等 寬的矩形脈沖波，如右下圖所示。 （ SPWM）變壓變頻器 ⑴基本概念 1964年德國(guó)人率先提出脈寬調(diào)制變頻思想，把通訊系統(tǒng)中的 （ ） 3/9/2023 調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于交流變頻器。在 額定轉(zhuǎn)速以下用改變電調(diào)電樞端電壓調(diào)速，此時(shí)調(diào)磁不 工作只是維持額定的磁場(chǎng)，用電壓反饋?zhàn)餍盘?hào)，限制激 磁電流反饋。 速度控制單元：沒(méi)有位置控制，只是速度控制系統(tǒng)。 ③電源的功率因數(shù)高 : SCR系統(tǒng)由于導(dǎo)通角的影響，使交流電源的波形畸 變、高次諧波的干擾，降低了電源功率因數(shù)。 3/9/2023 ⑤ 電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止： 由正、負(fù) 驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬窄而定。電機(jī)端電壓 UAB=US， 電樞電流 id= id1，由 US→ T1 → T4 → 地。 3/9/2023 直流脈寬調(diào)調(diào)制的基本原理 周期不變 周期不變 脈寬 脈寬 脈寬 脈寬 平均直流電壓 脈沖寬度正比代表速度 F值的直流電壓 圖 脈寬調(diào)制（ PWM） 基本原理 圖 U ωt 3/9/2023 2） 脈寬調(diào)制器 t t U △ U △ +U S r U △ +U S r U S C U S C U S C +U S r o o o U S r t t t t 同向加法放大器電路圖 U S r – 速度指令轉(zhuǎn)化過(guò) 來(lái)的直流電壓 U △ 三角波 USC 脈寬調(diào)制器的輸 出（ U S r +U △ ） 調(diào)制波形圖 R1 +12V USC R1 R3 R2 + 12V U S r U △ US r為 0時(shí) 調(diào)制出正負(fù)脈寬一樣方波 平均電壓為 0 US r為正時(shí) US r為負(fù)時(shí) 調(diào)制出脈寬較寬的波形 平均電壓為正 調(diào)制出脈寬較窄的波形 平均電壓為負(fù) 圖 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM） 電路及波形圖 3/9/2023 3） 開(kāi)關(guān)功率放大器 主回路：可逆 H型雙極式 PWM 開(kāi)關(guān)功率放大器 電路圖 : 由四個(gè)大功率晶體管 （ GTR） T 1 、 T 2 、 T 3 、 T4 及四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋 式電路。 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) 矩、加減速的良好動(dòng)態(tài)性能。 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)。 沒(méi)反饋是開(kāi)環(huán)，特性軟。 120176。每 組內(nèi)（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差 120186。作用：加快響應(yīng)、啟動(dòng)、低頻穩(wěn)定等。 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。 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。 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) 。 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 。 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) 。但可對(duì)這類(lèi)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。 電機(jī) 機(jī)械執(zhí)行部件 A相、 B相 C相 、 … f、 n CNC 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(lèi) ? 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。 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 。 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 M G 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。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)。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)”。 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) 。 （ 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 )。 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(lèi) ? 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。 ? 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。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好 。 4． 按反饋比較控制方式分類(lèi) （ 1） 脈沖 、 數(shù)字比較伺服系統(tǒng) （ 2） 相位比較伺服系統(tǒng) （ 3） 幅值比較伺服系統(tǒng) （ 4） 全數(shù)字伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的分類(lèi) 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 。 3．永磁直流伺服電機(jī)的工作特性 3/9/2023 3．永磁直流伺服電機(jī)的工作特性 d% 80 110% 120% 60 130% 140% 40 160% d 180% 20 200% 0 1 3 tR 6 10 30 60 100 tR(min) 圖 6﹒ 9負(fù)載 工作周期曲線 M/（ Ncm） 轉(zhuǎn)矩極限 12023 10000 瞬時(shí)換向極限 8000 Ⅲ 6000 Ⅱ 換向極限 速度極限 4000 溫度極限 2023 Ⅰ 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 n P,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 。與 主運(yùn)動(dòng)相比功率較小。 主回路： 可控硅整流放大器等。每部分內(nèi)又分成 共陰極組 （ 5）和共陽(yáng)極組（ 6）。后，在補(bǔ)發(fā)一個(gè)輔助脈沖；也 可以采用寬脈沖控制，寬度大于 60186。 5 6 α 只要改變可控 硅觸發(fā)角（即改變 導(dǎo)通角），就能改 變可控硅的整流輸