【正文】 1. 系統(tǒng)的組成 脈沖比較是一種常用的方法。 相位控制、幅值控制是早期直流模擬伺服系統(tǒng)中的位置控制方法，原理是將控制信號變?yōu)橄辔换蚍怠⒉⑦M(jìn)行比較，現(xiàn)在已不用。 轉(zhuǎn)化過程中實質(zhì)是矢量向標(biāo)量的轉(zhuǎn)化，將靜止的直角坐標(biāo)系看成旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系。的平 衡 電流 iα、 iβ， 則產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)磁場 ，其矢量為 Φ ，角速度 ω0 。 /二相變換（二相變換（ A、 B、 C/α、 β）） 即將 三相交流電機變?yōu)榈刃У?二相二相 交流電機 。如果要把轉(zhuǎn)子電流 I2比作 Ia， I2時刻影響 Φ 的變化；3/9/2023 其次， 交流感應(yīng)電機的輸入量是隨時間變化的量，磁通亦是空間交變矢量 。電磁轉(zhuǎn)矩（ M=CMΦ Ia）與 Φ 和 Ia分別成正比關(guān)系。其原理是利用矢量變年提出和實現(xiàn)。恒 Tm調(diào)速的機械特性如圖 。 1)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 交流異步電機轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式 T = CT Φ m I2cosφ2 （ ）式中： CT –轉(zhuǎn)矩常數(shù)； I2 –折算到定子上的電流； cosφ2 –轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)。在電機調(diào)速時，希望保持每極磁通為額定值。uωtωtuOOa)b) ① 等效原理 ：把 正弦分成 n 等分，每一區(qū)間的面積用與其相等的等幅不等寬的矩形面積代替。調(diào)制方法很多，目前用得最多的是正弦脈寬調(diào)制。 當(dāng)電樞端電壓達(dá)到額定值時，可以調(diào)磁， 使電機轉(zhuǎn)速在高速段調(diào)整。速度比較調(diào)節(jié) 電流比較調(diào)節(jié) 移相觸發(fā)脈沖及 方向控制可控硅整流器電機激磁電壓反饋電流調(diào)解電壓相位變換脈沖發(fā)生器方向控制 整流器~~激磁電流設(shè)定速度指令速度反饋電流反饋調(diào)壓控制部分調(diào)磁控制部分ⅹ電流反饋圖 直流主軸伺服系統(tǒng)3/9/2023組成： 調(diào)壓部分 — 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速。 PWM 系統(tǒng)的直流電源為不受控的整流輸出，功率因數(shù)高。 當(dāng) 正 脈沖較寬時，既 t1 T/2， 平均電壓為正，電機正轉(zhuǎn)； 當(dāng) 正 脈沖較窄時，既 t1 T/2 ， 平均電壓為負(fù)，電機反轉(zhuǎn)； 如果正、負(fù) 脈沖寬度相等， t1=T/2 ， 平均電壓為零，電機停轉(zhuǎn)。② 續(xù)流維持電動狀態(tài)： 在 t1 ≤t ≤ T時， Ub Ub4為負(fù) ， T1 和 T4截止； Ub Ub3 變正，但 T2和 T3并不能立即導(dǎo)通，因為在 電樞電感儲能的 作用下 ， 電樞電流 id= id2，由 D2→ D3續(xù)流，在 D D3 上的壓降使 T2 、 T3的 ce極承受反壓不能導(dǎo)通。H型： 又分為雙極式、單極式和受限單極式三種。3/9/2023（ 2） 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM）調(diào)速系統(tǒng)1）系統(tǒng)的組成及特點? 速度調(diào)節(jié)器 ? 電流調(diào)節(jié)器 脈寬調(diào)節(jié)振蕩器脈寬調(diào)節(jié)MG電流反饋U～usrus f整流功放圖 （ PWM） 調(diào)速系統(tǒng) 圖3/9/2023① 主回路 ： 大功率晶體管開關(guān)放大器； 功率整流器。其中 cos φ稱為功率因數(shù) 。1同步電路 2移向控制電路3脈沖分配器② 電流調(diào)節(jié)器 :同上，加快電流的反應(yīng)。180176。每相內(nèi)二個觸發(fā)脈沖相差 180186。 觸發(fā)脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生移相脈沖，使可控硅觸發(fā)角前移或后移。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。分為主運動和進(jìn)給運動。Ⅲ 3) 數(shù)據(jù)表： N、 T、 時間常數(shù)、轉(zhuǎn)動慣量等等。 電樞反電勢與轉(zhuǎn)速之間有以下關(guān)系： （ ） Ke─ 電勢常數(shù)； ω ─ 電機轉(zhuǎn)速（角速度）。動 態(tài)響 應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。 缺點：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。w 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代 CNC機床中得到了廣泛應(yīng)用。n 一般以功率步進(jìn)電機作為伺服驅(qū)動元件。 0～ 24m / min。電力電子驅(qū)動裝置由 驅(qū)動信號產(chǎn)生電路 和 功率放大器 組成。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置 (計算機 )和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。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)。包括定位精度和輪廓加工精度。 對伺服系統(tǒng)的基本要求 3/9/2023對伺服電機的要求：（ 1）調(diào)運范圍寬且有良好的穩(wěn)定性，低速時的速度平穩(wěn)性（ 2） 電機應(yīng)具有大的、較長時間的過載能力，以滿足低速 大轉(zhuǎn)矩的要求。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)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝置 (常用伺服電機 )或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。具有很高的位置控制精度。 1）直流伺服系統(tǒng) 進(jìn)給運動系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺 服電機和中小慣量直流伺服電機；主運動系統(tǒng)采用他激直流伺 服電機。 C 軸控制功能。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時： 理想空載轉(zhuǎn)速 （ ） 當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時： 啟動轉(zhuǎn)矩 ( ） 當(dāng)電機帶動某一負(fù)載 TL時 電機轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速的差 （ ） 2一般 直流電機的工作特性 ωO△ ω Ⅱ 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間； Ⅲ 區(qū)為瞬時加減速 區(qū)3/9/2023 4．主軸直流伺服電機的工作原理和特性 O nj nmax nP,T 1 2圖 直流主軸電機特性曲線 1轉(zhuǎn)矩特性曲線 2功率特性曲線3/9/2023直流伺服電機的缺點： ◆ 它的電刷和換向器易磨損； ◆ 電機最高轉(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。在整個速度范圍內(nèi)，保持恒轉(zhuǎn)矩。 ◆ 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。 原理 ： 三相整流器，由二個半波整流電路組成。既每個觸發(fā)脈沖在導(dǎo)通 60186。60176。3/9/2023運算放大器的類型⑴ 反向比例放大器 ⑵ 反向比例加法運算放大器 ⑶ 同向比例放大器 ⑷ 積分運算放大器⑸ 比例積分運算放大器： ⑹ 比較器R3 R3U1U2R1R2R3+U1R1 U2R2C+U1U2R1R2R3 C+U1U2R1R2 +U3U2R4R2+U1R1U1U2R2R1 +U2二個輸入端的內(nèi)阻非常大，不向運放內(nèi)流電流，放大倍數(shù)非常大。3/9/2023 [總結(jié) ] 速度控制的原理 ： ① 調(diào)速： 當(dāng)給定的指令信號增大時，則有較大的偏差信號加到調(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 機轉(zhuǎn)速上升。不同的是脈寬調(diào)制器和功率放大器。Ub3Ub4Ub1Ub2USA BD1D2D3D4MT1T2 T4T3tUS USUdUABO tUb1Ub 4Ub2Ub3OOttt1 Tidid1 id2 id1 id2OOOOOt1t3 Tt2 t3 t1Ub Ub 4Ub Ub 3UdUABidttttid1 id1id4id2id3 id4id2圖 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM）功放 電路及波形圖3/9/2023工作原理： T1 和 T4 同時導(dǎo)通和關(guān)斷，其基極驅(qū)動電壓 Ub1= Ub4。 負(fù)載較輕時： ③ 反接制動狀態(tài)，電流反向： ② 狀態(tài)中，在負(fù)載較輕時，則 id小， 續(xù)流 電流很快衰減到零，即 t =t2 時 （見 上面右圖 ）， id=0。⑦ 雙極性 ：由以上分析表明：可逆 H型雙極式 PWM開關(guān)功率放大器，無論負(fù)載是重還是輕、電機是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，加在電樞上的電壓極性在一個開關(guān)周期內(nèi)，都在US和 –US之間變換一次，故稱為雙極性。 ⑵ 良好的加、減速及換向功能。包括 速度環(huán)、電流環(huán)、可控硅整流主回路等。電壓型先將電網(wǎng)的交流 電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?，再?jīng)逆變器變?yōu)轭l率和電壓都可變的交 流電壓。 為逆變器的供電。方波發(fā)生器（帶正反饋比較又有RC積分）三角波發(fā)生器（積分器）三角波與基準(zhǔn)正弦波疊加（比較器）SPWM 控制波基準(zhǔn)正弦波 (由速度指令轉(zhuǎn)化過來的 )VD1調(diào)制波載波u utu1:ut u1u0O OOt ttRFRR1R2R3R4R5R6R7VD2VD3VD4 C 1C 2U0 (ua、 ub、 uc )tO+++ut:圖 SPWM 控制波的生成3/9/2023uAB50Hz SPWMD1 D2 D3D4 D5 D6D7 D8 D9D10 D11 D12T1 T2 T3T4 T5 T6uaua