【正文】 數(shù)控機(jī)床中常用的伺服電機(jī) ： 直流伺服電機(jī)（調(diào)速性能良好） 交流伺服電機(jī)（主要使用的電機(jī)） 步進(jìn)電機(jī)（適于輕載、負(fù)荷變動不大） 直線電機(jī)（高速、高精度） 111無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu) (a) 結(jié)構(gòu)示意圖 (b) 定轉(zhuǎn)子實際結(jié)構(gòu) 112傳感器： H1=1 H2=0 H3=1導(dǎo)通相： B無刷直流電機(jī)113傳感器： H1=1 H2=0 H3=0導(dǎo)通相： B 114傳感器： H1=1 H2=1 H3=0導(dǎo)通相： C 115傳感器： H1=0 H2=1 H3=0導(dǎo)通相： C 116傳感器： H1=0 H2=1 H3=1導(dǎo)通相： A117傳感器： H1=0 H2=0 H3=1導(dǎo)通相： A 118傳感器： H1=1 H2=0 H3=1導(dǎo)通相： B 119⑴ 靜態(tài)特性 電磁轉(zhuǎn)矩由下式表示 : KT:轉(zhuǎn)矩常數(shù)； Φ :磁場磁通； Ia:電樞電流； TM :電磁轉(zhuǎn)矩。 102 以上指標(biāo)中，調(diào)節(jié)時間 ts越小，表明系統(tǒng)快速跟隨的性能越好；調(diào)節(jié)量 MP％越小，表明系統(tǒng)在跟隨過程中比較平穩(wěn)，但往往也比較遲鈍。當(dāng)恒速輸入時，穩(wěn)態(tài)情況下系統(tǒng)的運動速度與速度指令值相同，但兩者的瞬時位置有一恒定的滯后。再經(jīng)輸出門將這些信號合成，產(chǎn)生調(diào)制波 U1和 U2。 若滑尺上的兩勵磁繞組加以矩形波勵磁信號。然后，由互為反向的開關(guān)信號 SL和 實現(xiàn)通道的通斷控制，其開關(guān)頻率與輸入信號相同。 當(dāng)系統(tǒng)接收到正的指令脈沖 PC＞ 0時，工作臺仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，反饋脈沖 Pf仍為 0。 ③ 將模擬控制信號進(jìn)行功率和電壓放大的伺服放大器。由于 信號相位超前， =0時，仍有 =1，使上與門輸出為 0，下與門輸出為 1，或門輸出端又有 S=1，直到和都為 0，或門又為 S=0。 的同頻率信號， 是主頻率，經(jīng)與非門 Ⅰ 輸出，作為計數(shù)器的基準(zhǔn)脈沖。另一路輸入調(diào)相分頻通道，和指令脈沖一起作用，產(chǎn)生指令相位信號 。所不同的是指令脈沖相對于基準(zhǔn)脈沖為減脈沖，故指令相位 相對于基準(zhǔn)相位 滯后，同時，實際相位 相對于基準(zhǔn)相位 也為滯后，經(jīng)鑒相器比較后所得的速度指令信號為負(fù)，伺服電動機(jī)反轉(zhuǎn)，工作臺移動至指令位置。 （ 3）檢測工作臺位移的位置檢測元件（感應(yīng)同步器）。此時，可逆計數(shù)器的內(nèi)容就是 Pc+和 Pf+的偏差值 Pe。 （ 2）現(xiàn)有正向指令 PC+=2，可逆計數(shù)器加 2，在工作臺尚未移動之前，反饋脈沖 Pf+=0，可逆計數(shù)器輸出 Pe=Pc+－ Pf+=2－ 0=2，經(jīng)轉(zhuǎn)換，速度指令為正，伺服電動機(jī)正轉(zhuǎn)，工作臺正向進(jìn)給。34 數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng) 在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，脈沖比較伺服系統(tǒng)應(yīng)用比較普遍。提高步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)傳動精度的措施216。 C39。 C39。(一個齒距角 )。氣隙產(chǎn)生以 AA為軸線的磁場，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過，故電動機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置： 3齒與 A、 A′極對齊。每一步所轉(zhuǎn)過的角度叫做步距角?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床，通常是伺服電動機(jī)與絲杠直聯(lián)，沒有降速齒輪，這就要求進(jìn)給電動機(jī)能輸出較大的轉(zhuǎn)矩。 電液伺服控制系統(tǒng)216。 電氣伺服控制系統(tǒng)（ 2）按使用的執(zhí)行元件分類216。對于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要是速度和位置控制。 12 步進(jìn)電機(jī)的角位移量和輸入的脈沖數(shù)成正比?！?三相 ” 指三相步進(jìn)電機(jī)； “ 單 ” 指每次只能一相繞組通電； “ 三拍 ” 指通電三次完成一個通電循環(huán)。2. 三相六拍三相六拍 按 A?AB ?B ?BC ?C ? CA的順序給三相繞組輪流通電。A34 12 B 相通電， 轉(zhuǎn)子 4齒與 B、 B180。A34 12BC通電34 12CA39。 影響步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)傳動精度的因素：252。這是因為該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，易于實現(xiàn)數(shù)字化的閉環(huán)位置控制。 （ 3）工作臺正向運動，即有反饋脈沖 Pf+產(chǎn)生，當(dāng) Pf+＝１時，可逆計數(shù)器減１，此時 Pe=Pc+－ Pf+=2－ 1＞ 0，伺服電動機(jī)仍正轉(zhuǎn)，工作臺繼續(xù)正向進(jìn)給。當(dāng)可逆計數(shù)器的內(nèi)容變?yōu)?0時，說明偏差值 Pe=0，即工作臺的實際位置等于指令要求的位移，進(jìn)給過程結(jié)束。 （ 4）將控制信號與反饋信號進(jìn)行比較，輸出與相位差成正比電壓信號的鑒相器。 58 鑒相器的輸出信號通常為脈寬調(diào)制波，需經(jīng)低通濾波器去高次諧波，變換為平滑的電壓信號，作為速度控制信號，同時，鑒相器還必須對超前和滯后做出判別，使得速度控制信號 Up在正向指令為正，在反向指令為負(fù)。 6061 脈沖調(diào)相器的工作原理如下：回路中有標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)器和 X計數(shù)器，兩計數(shù)器的分頻數(shù)相同。 是指令脈沖的同步信號。有關(guān)信號的波形圖見圖 610。 ④ 檢測工作臺位移的位置檢測元件。因此，比較器輸出的位置偏差Pe=PC－ Pf＞ 0，該偏差是一數(shù)字量，所以在比較器和伺服放大器之間設(shè)有數(shù)－模轉(zhuǎn)換器，使其成為伺服系統(tǒng)的驅(qū)動信號。由圖 614a可見，在 e0信號的 0～ π 區(qū)間， SL=1，使 S1接通， e0信號經(jīng) 、 S1，到達(dá)低通濾波器 Ⅱ 的輸入端 UE； e0信號的 π ～ 2π 區(qū)間， =1，使 S1接通， e0信號經(jīng) A反向器 A S2，到達(dá)低通濾波器 Ⅱ 的輸入端 UE。則兩勵磁繞組信號 U1和 U2為： 87 式中 A—— 矩形波的幅值 —— 正弦波勵磁中的電氣角，在此為影響矩形波寬度的參數(shù)。加于滑尺的相應(yīng)繞組上。設(shè)曲線 1為某一坐標(biāo)軸的位置命令輸入曲線 R(t)，曲線 2為實際運動的位置曲線 C(t)。顯然，作為數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)，希望上述性能指標(biāo)都能做到越小越好，然而，在實際控制中，快速性要求與平穩(wěn)性要求相矛盾，需按照加工工藝的要求在各項性能指標(biāo)中作出合理的選擇。 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。理想的 PID微分方程為：110 伺服電機(jī) 伺服電動機(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）調(diào)節(jié)量 MP％ 系統(tǒng)輸出響應(yīng) tP時刻到達(dá)最大值其超出穩(wěn)態(tài)值的部分與穩(wěn)態(tài)值的比值稱為超調(diào)量，通常取百分?jǐn)?shù)形式，即 （ 4）振蕩次數(shù) N N為響應(yīng)曲線在 ts時刻之前發(fā)生振蕩的次數(shù)。 9697 圖中， R(t)為斜坡輸入， C(t)為跟蹤響應(yīng)輸出。經(jīng)過組合邏輯門，產(chǎn)生信號 sin1和 sin cos1和 cos2。脈沖寬度調(diào)制實際上是用控制矩形波脈寬的方法來等效地實現(xiàn)正弦波勵磁，其波形如圖 614b所示。通過運算放大器將 信號放大。所以比較器輸出的位置偏差 Pe=PC－ Pf=0，伺服電動機(jī)速度給定值為 0，工作臺繼續(xù)處于靜止?fàn)顟B(tài)。 ② 將比較器輸出數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成伺服電動機(jī)模擬控制信號的數(shù) /模轉(zhuǎn)換器。 69 信號也出現(xiàn)時， =1， =1，使兩與門輸出均為 0，或門輸出端 S=0。 、 是由基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器發(fā)出的在相位錯開 180176。一路輸入基準(zhǔn)分頻通道，通過分頻、分相和濾波電路得到兩相勵磁信號 和 ，并經(jīng)功放后加于感應(yīng)同步器滑尺的 sin繞組和 cos繞組作為勵磁，它們與基準(zhǔn)信號有確定的相位關(guān)系。 當(dāng)進(jìn)給為反向指令時，相位比較同正向進(jìn)給類似。 （ 2）將來自計算機(jī)數(shù)控裝置的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橄辔蛔兓盘柕拿}沖調(diào)相器。工作臺移動后，位置檢測元件測得代表工作臺位置的正向反饋脈沖 Pf+，該脈沖經(jīng) A A A A8輸出，使可逆計數(shù)器 A13做減法計數(shù)。 38 （ 1）指令脈沖 PC=0，這時反饋脈沖 Pf=0，則 Pe=0，則伺服電動機(jī)的速度給定為零，工作臺繼續(xù)保持靜止不動。33 閉環(huán)伺服系統(tǒng)與與反饋比較形式 閉環(huán)與半閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng) 在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，傳感器安裝在中間部件上，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測到的中間部件的狀態(tài)參數(shù)推知控制目標(biāo)部件的工作狀態(tài)，從而對控制目標(biāo)部件的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使之滿足要求。28216。BB39。BB39。而轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)過 90176。A3412 A相繞組通電， B、 C相不通電。對步進(jìn)電機(jī)施加一個電脈沖信號時，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，稱為一步。 （ 5）低速大轉(zhuǎn)矩 機(jī)床在低速切削時，切深和進(jìn)給都較大，要求主軸電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩較大。 半閉環(huán)系統(tǒng) （ 1）按調(diào)節(jié)理論分類3216。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)216。 8 （ 6）較強(qiáng)的過載能力 由于電動機(jī)加減速時要求有很快的響應(yīng)速度，而使電動機(jī)可能在過載的條件下工作，這就要求電動機(jī)有較強(qiáng)的抗過載能力。在時間上與輸入的脈沖同步。步進(jìn)電動機(jī)的工作原理15CA39。 這種方式可以獲得更精確的控制特性。 對齊 ,又轉(zhuǎn)過 15?。BB39。 步進(jìn)電機(jī)的步距角精度；252。脈沖比較伺服系統(tǒng)的檢測元件可以是光電脈沖編碼器或光柵。 （ 4）當(dāng) Pf+=2時， Pe=Pc+－ Pf+=2－ 2=0，則速度指令為零，伺服電動機(jī)停轉(zhuǎn)，工作臺停止在位置指令所要求的位置。反向進(jìn)給時，反向指令脈沖 PC使可逆計數(shù)器做減法計數(shù)，反向反饋脈沖 Pf使可逆計數(shù)器做加法計數(shù)，其他過程和正向進(jìn)給相同。 （ 5）將鑒相器輸出的電壓信號進(jìn)行功率和電壓放大的伺服放大器。 至于一個脈沖相當(dāng)于多少相位增量，取決于脈沖 — 相位變換器中的分頻系數(shù) N和脈沖當(dāng)量。在基準(zhǔn)脈沖信號觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)器和 X計數(shù)器之前，先向 X計數(shù)器輸入一定數(shù)量的指令脈沖 PC+。當(dāng)沒有指令脈沖時，與非門 Ⅰ 開， A脈沖由此通過。從圖中可以看出， S信號是一個周期的方