【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行比較，現(xiàn)在已不用。 轉化過程中實質是矢量向標量的轉化，將靜止的直角坐標系看成旋轉的直角坐標系。的平 衡 電流 iα、 iβ， 則產生空間旋轉磁場 ，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 。電磁轉矩（ M=CMΦ Ia）與 Φ 和 Ia分別成正比關系。其原理是利用矢量變年提出和實現(xiàn)。恒 Tm調速的機械特性如圖 。 1)恒轉矩調速 交流異步電機轉矩的物理表達式 T = CT Φ m I2cosφ2 （ ）式中： CT –轉矩常數(shù)； I2 –折算到定子上的電流； cosφ2 –轉子電路功率因數(shù)。在電機調速時，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。調制方法很多，目前用得最多的是正弦脈寬調制。 當電樞端電壓達到額定值時，可以調磁， 使電機轉速在高速段調整。速度比較調節(jié) 電流比較調節(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~~激磁電流設定速度指令速度反饋電流反饋調壓控制部分調磁控制部分ⅹ電流反饋圖 直流主軸伺服系統(tǒng)3/9/2023組成： 調壓部分 — 恒轉矩調速，在額定轉速以下調速。 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 正 脈沖較寬時，既 t1 T/2， 平均電壓為正，電機正轉； 當 正 脈沖較窄時，既 t1 T/2 ， 平均電壓為負，電機反轉； 如果正、負 脈沖寬度相等， t1=T/2 ， 平均電壓為零，電機停轉。② 續(xù)流維持電動狀態(tài)： 在 t1 ≤t ≤ T時， Ub Ub4為負 ， T1 和 T4截止； Ub Ub3 變正，但 T2和 T3并不能立即導通，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） 晶體管脈寬調制（ PWM）調速系統(tǒng)1）系統(tǒng)的組成及特點? 速度調節(jié)器 ? 電流調節(jié)器 脈寬調節(jié)振蕩器脈寬調節(jié)MG電流反饋U～usrus f整流功放圖 （ PWM） 調速系統(tǒng) 圖3/9/2023① 主回路 ： 大功率晶體管開關放大器； 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 電流調節(jié)器 :同上，加快電流的反應。180176。每相內二個觸發(fā)脈沖相差 180186。 觸發(fā)脈沖發(fā)生器：產生移相脈沖，使可控硅觸發(fā)角前移或后移。屬于恒轉矩調速。分為主運動和進給運動。Ⅲ 3) 數(shù)據(jù)表： N、 T、 時間常數(shù)、轉動慣量等等。 電樞反電勢與轉速之間有以下關系： （ ） Ke─ 電勢常數(shù)； ω ─ 電機轉速（角速度）。動 態(tài)響 應好、轉速高和容量大。 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)結構簡單、調試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代 CNC機床中得到了廣泛應用。n 一般以功率步進電機作為伺服驅動元件。 0～ 24m / min。電力電子驅動裝置由 驅動信號產生電路 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） 電機應具有大的、較長時間的過載能力，以滿足低速 大轉矩的要求。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，是從驅動裝置 (常用伺服電機 )或絲杠引出，采樣旋轉角度進行檢測，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) 進給運動系統(tǒng)采用大慣量寬調速永磁直流伺 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。當負載轉矩為零時： 理想空載轉速 （ ） 當轉速為零時： 啟動轉矩 ( ） 當電機帶動某一負載 TL時 電機轉速與理想空載轉速的差 （ ） 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； ◆ 電機最高轉速的限制，應用環(huán)境的限制； ◆ 結構復雜，制造困難，成本高。在整個速度范圍內，保持恒轉矩。 ◆ 晶閘管（可控硅） 調速系統(tǒng) ◆ 晶體管脈寬調制（ PWM ） 調速系統(tǒng)（ ）（ ）3/9/2023(1) 晶閘管調速系統(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 +U2二個輸入端的內阻非常大，不向運放內流電流，放大倍數(shù)非常大。3/9/2023 [總結 ] 速度控制的原理 ： ① 調速： 當給定的指令信號增大時，則有較大的偏差信號加到調節(jié)器的 輸入端，產生前移的觸發(fā)脈沖，可控硅整流器輸出直流電壓提高，電 機轉速上升。不同的是脈寬調制器和功率放大器。Ub3Ub4Ub1Ub2USA BD1D2D3D4MT1T2 T4T3tUS USUdUABO tUb1Ub 4Ub2Ub3OOttt1 Tidid1 id2 id1 id2OOOOOt1t3 Tt2 t3 t1Ub Ub 4Ub Ub 3UdUABidttttid1 id1id4id2id3 id4id2圖 晶體管脈寬調制（ PWM）功放 電路及波形圖3/9/2023工作原理： T1 和 T4 同時導通和關斷，其基極驅動電壓 Ub1= Ub4。 負載較輕時： ③ 反接制動狀態(tài)，電流反向： ② 狀態(tài)中，在負載較輕時，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開關功率放大器，無論負載是重還是輕、電機是正轉還是反轉，加在電樞上的電壓極性在一個開關周期內，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。電壓型先將電網的交流 電經整流器變?yōu)橹绷鳎俳浤孀兤髯優(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）三角波與基準正弦波疊加（比較器）SPWM 控制波基準正弦波 (由速度指令轉化過來的 )VD1調制波載波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