【正文】 系統(tǒng)（也稱 Ⅰ 型系統(tǒng)）對于位置階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為零，而對斜坡給定輸入或擾動輸入的穩(wěn)態(tài)誤差不等于零；而二階無差系統(tǒng)（也 Ⅱ 稱型系統(tǒng)）則對上述三種輸入的穩(wěn)態(tài)誤差都等于零。 98跟隨誤差 E為 式中 υ—— 移動部件（工作臺）的運動速度； KV—— 系統(tǒng)開環(huán)增益。 （ 2）調(diào)節(jié)時間 ts 輸出響應 C(t)與穩(wěn)定值 C(∞) 的差值小于等于穩(wěn)態(tài)值的 177。 104圖 619 突加負載后轉(zhuǎn)速的擾動響應曲線 105 （ 1）最大動態(tài)速度 Δ nm 表明系統(tǒng)在突加負載后及時作出反映的能力，常以穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的百分比表明： （ 2）恢復時間 tP 由擾動作用瞬間至輸出量恢復到允許范圍內(nèi)（一般取穩(wěn)態(tài)值 177。108 PID是比例、積分、微分的縮寫，將偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）通過線性組合構成控制量，用這一控制量對被控對象進行控制，這樣的控制器稱 PID控制器。 3) 數(shù)據(jù)表： N、 T、 時間常數(shù)、轉(zhuǎn)動慣量等等。 根據(jù)以上各式可以求得 直流電機的工作特性 120ωO當負載轉(zhuǎn)矩為 0時，理想空載轉(zhuǎn)速為：當轉(zhuǎn)速為 0時，啟動轉(zhuǎn)矩為： 當電機帶動一負載 TL時，電機轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速的差為：121動態(tài)特性直流電機的動態(tài)力矩平衡方程式為 式中 TM ─ 電機電磁轉(zhuǎn)矩； TL ─ 折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩； ω ─ 電機轉(zhuǎn)子角速度； J ─ 電機轉(zhuǎn)子上總轉(zhuǎn)動慣量； t ─ 時間自變量。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象： “一階滯后＋純滯后 ”與 “二階滯后＋純滯后 ”的控制對象， PID控制器是一種最優(yōu)控制。常用最大動態(tài)降落和恢復時間指標來衡量系統(tǒng)的抗干擾能力。 對給定輸入的跟隨性能指標 對一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，通常用輸入單位階躍信號，然后觀察它的輸出響應過程，從而來評價其動態(tài)性能的好壞。例如，在 ti時刻，指令位置在 Ci位置，此時實際位置在 點，跟隨誤差 。凡是力圖使系統(tǒng)脫離給定輸入跟蹤的輸入量，統(tǒng)稱為擾動輸入。伺服系統(tǒng)的性能包括穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。 和cos0176。如用傅立葉級數(shù)對 U1和 U2進行展開，并消去高次諧波，則 U1和 U2信號的基波分量為： 88 可以看出，設法消除高次諧波的影響后，用脈寬調(diào)制的矩形波勵磁與正弦波勵磁在幅值工作方式下工作的功能完全相當。壓控振蕩器（ VCO）將輸入的單極性直流電壓轉(zhuǎn)換成相應頻率的脈沖輸出。這樣在 UE處得到了一單向脈動的直流信號。當工作臺到達進給指令要求的位置并穩(wěn)定后，有 ，數(shù)顯裝置顯示的電氣角 ，實際上就是的位移角 ，即工作臺的位移量。此時定尺和滑尺間的位移角 超前于勵磁信號的電氣角 ，定尺繞組電動勢幅值 E0m＞ 0，經(jīng)前置放大器、鑒幅器和電壓－頻率變換器，轉(zhuǎn)換成相應的的反饋脈沖 Pf。這項工作由鑒幅器來完成。 ⑥ 將定尺的輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉敌盘柕蔫b幅器。幅值比較伺服系統(tǒng)常用感應同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測元件?？梢酝ㄟ^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。式中為指令信號的二分之一分頻，為位置信號的二分之一分頻。當輸入一個 PC－ 指令脈沖時，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 序列脈沖。結果使 X計數(shù)器的相位比較標準計數(shù)器超前了（ 1= PC+/N360176。當脈沖信號觸發(fā)兩計數(shù)器后，兩計數(shù)器輸出的信號頻率相同，但相位卻不同。 在感應同步器中，相位角 與直線位移 X成正比，當采用旋轉(zhuǎn)變壓器時，相位角 即為角位移本身。如感應同步器一個節(jié)距τ=2mm （相當 360176。 (1)當無進給指令時，即 Pc+=0，工作臺靜止，指令脈沖的相位 與基準脈沖相位 同相位，同時因工作臺靜止無反饋，故實際相位 也與基準脈沖相位 同相位，經(jīng)鑒相器 ，則速度控制信號為零，伺服電動機不轉(zhuǎn)，工作臺仍靜止，如圖 66a所示。 51 （ 6）實現(xiàn)電信號到機械位移轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件。其特點是將位置指令脈沖和反饋脈沖都變成某個載波脈沖的相位，在鑒相器中進行相位比較，得到實際相位與給定位置相位的相位差 Δ 。 46 但也有可能出現(xiàn)指令脈沖和反饋脈沖同時輸入的情況。圖 64為一脈沖比較器，其工作原理是 A AA A A9為或非門； A A A A7為觸發(fā)器； A12為 8位移位寄存器； A A11為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器； A13為可逆計數(shù)器。 39 當指令脈沖為反向 PC時，控制過程與正向時相同，只是 Pe＜ 0，工作臺反向進給。 (5) 執(zhí)行元件（伺服電動機）。但普遍采用光電編碼器作為位置檢測元件，以半閉環(huán)形式構成伺服系統(tǒng)。 螺距誤差補償 利用計算機的運算處理能力，可以補償滾珠絲杠的螺距累積誤差，以提高進給位移精度。 機械傳動部件的精度；252。步進電機開環(huán)系統(tǒng)設計要解決的主要問題 ：– ① 動力計算 ② 傳動計算 ③ 驅(qū)動電路設計或選擇 傳動計算選擇合適的參數(shù)以滿足脈沖當量 ?和進給速度 F的要求。 C39。 與單三拍相比，六拍驅(qū)動方式的步進角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。34 12CA39。 A、 B相同時通電，A、 A39。17CA39。A16 這種工作方式下，三個繞組依次通電一次為一個循環(huán)周期，一個循環(huán)周期包括三個工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。BB39。按使用頻率分： 高頻率和低頻步進電機； 不同的步進電機，其工作原理、驅(qū)動裝置也不完全一樣。 因此，只需要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電機繞組通電相序，便可以獲得所需要的轉(zhuǎn)角 、 轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向 。目前步進電機僅用于小容量、低速、精度要不高的場合，如經(jīng)濟型數(shù)控設備、打印機、繪圖機等計算機的外部設備。通常要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載 4～ 6倍而不損壞。 7 （ 4）調(diào)速范圍寬 目前數(shù)控機床一般要求進給伺服系統(tǒng)的調(diào)速范圍是 0～30m/min，有的已達到 240m/min。 主軸伺服系統(tǒng)（ 3）按被控對象分類4 （ 1）高精度 由于數(shù)控機床的動作是由伺服電動機直接驅(qū)動的，為了保證移動部件的定位精度，對進給伺服系統(tǒng)要求定位準確。它是一個三環(huán)結構系統(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)。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)216。這樣才能在輪廓加工中保證有較好的加工精度。對于主軸電動機，因使用無級調(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。 9 開環(huán)控制系統(tǒng)與步進電機 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。 步進電機和一般電機不同，一般電機通電后連續(xù)轉(zhuǎn)動，而步進電機則隨輸入的脈沖按節(jié)拍一步一步地轉(zhuǎn)動。按運動方式分： 旋轉(zhuǎn)運動、直線運動式步進電機；216。 C39。 磁極軸線對齊；當 C相通電時，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過 30?角， 3齒和 C180。(步距角 )，每個通電循環(huán)周期 (3拍 )磁場在空間旋轉(zhuǎn)了 360176。A3412CA39。18CA39。A B、 C相同時通電，C39。20AB通電CA39。 C39。步進電機Z1Z2?tf， ?27進給速度 F： 一般步進電機 ： 若： δ= mm 則： 若： δ= 則： 因此，當 fmax一定時， Fmax與 δ成正比，故我們在談到步進電機開環(huán)系統(tǒng)的最高速度時，都應指明是在多大的脈沖當量 δ下的 ,否則是沒有意義的。216。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)的復雜性，且增益選擇不當時可能會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 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元件的脈沖比較伺服系統(tǒng)。現(xiàn)設工作臺處于靜止狀態(tài)。比較器為由加減可逆計數(shù)器組成的數(shù)字脈沖比較器，其組成框圖如圖 63所示。 4445 可逆計數(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，使伺服電動機帶動工作臺正向移動。 A10輸出的負脈沖同時封鎖 A3和 A7，使指令脈沖和反饋脈沖不能通過 A3和 A7而進入可逆計數(shù)器。 4950 （ 1）能輸出一系列具有一定頻率的脈沖信號，為伺服系統(tǒng)提供一個相位比較基準的基準信號發(fā)生器。實現(xiàn)相位比較的比較器為鑒相器。 55圖 66 相位比較波形圖 56圖 66 相位比較波形圖 57 (4)隨著工作臺的繼續(xù)正向移動，實際相位 超前基準相位 的數(shù)值增加，當 時，經(jīng)鑒相器 ，速度控制信號為零，伺服電動機停轉(zhuǎn)，工作臺停止在指令所要求的位置上，如圖 66d所示。=176。由基準脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的基準脈沖信號 f0分成兩路。 X計數(shù)器輸入端同樣接收到 N個脈沖，但由于先前 X計數(shù)器已接收了 PC個正指令脈沖，實際上 X計數(shù)器接收了 N+PC個脈沖，所以它的輸出在變化到 360176。這個功能由脈沖加減器完成，如圖 610所示。由于 、錯相 180176。此時， =1， =0，上與門輸出為 1，下與門輸出為 0，或門輸出端 S=1。輸出端為 NE的觸發(fā)器 由下降沿觸發(fā)。它主要由以下部分組成： 74 ① 完成指令脈沖與反饋脈沖比較的比較器。 75 (2) 幅值比較伺服系統(tǒng)的工作原理 當采用幅值工作方式時，感應同步器滑尺正弦繞組和分別輸入頻率相同、幅值成正