數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)(1)(編輯修改稿)
2025-06-20 11:15 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 T隨著運(yùn)行頻率 f的升高而下降，它是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承載能力的動(dòng)態(tài)指標(biāo) 。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù) 功率 放大 器 環(huán)形 分配 器 加減 速電 路 脈沖 混合 電路 加減 脈沖 分配 電路 進(jìn)給 脈沖 至步進(jìn) 電機(jī)繞組 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)線路通常由脈沖混合電路、加減脈沖分配電路、加減速電路、環(huán)形分配器（脈沖分配器）和功率驅(qū)動(dòng)器（功率放大器）組成： 功能：將一定頻率 f、 數(shù)量 N和方向的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)定子各相繞組通斷電狀態(tài)變化的頻率 、 次數(shù)和順序的功率信號(hào) 。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù) 環(huán)形分配器的功能： 將數(shù)控裝置的插補(bǔ)脈沖，按步進(jìn)電機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)的各相輸入端，來控制勵(lì)磁繞組的通、斷電和電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)狀態(tài)； ：通過硬件方式來實(shí)現(xiàn) ， 由 D觸發(fā)器或 JK觸發(fā)器組成 ， 也可是專用集成芯片或通用可編程邏輯器件 。 ：通過軟件方式來實(shí)現(xiàn)，常用的設(shè)計(jì)方法有查表法、比較法、位移寄存器法等。 環(huán)形分配器的分類 ： 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù) 功率驅(qū)動(dòng)器（功率放大器）的功能： 將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號(hào)放大，以用足夠的功率來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)； （ 圖 714） ； （圖 715）； 功率驅(qū)動(dòng)器常用的驅(qū)動(dòng)電路 ： （圖 716）； （圖 718）； （圖 720）； 傳動(dòng)計(jì)算 1211 2 21 3 6 0ZiZS????? ? ?傳動(dòng)比 直線進(jìn)給 開環(huán)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用 式中： α為步進(jìn)電機(jī)的步距角 δ 為系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量（ 176。 ） i 為傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比 圓周進(jìn)給 : ??????wkwZZZZnni211傳動(dòng)比： 開環(huán)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用 ? 輸出轉(zhuǎn)距 ： 通常取負(fù)載轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的比值為 TL/Tjmax=～ ? 步距角： 步距角與系統(tǒng)應(yīng)匹配，即應(yīng)滿足脈沖頻率應(yīng)與系統(tǒng)要求的啟動(dòng)、連續(xù)運(yùn)行頻率匹配。 ? 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ： 應(yīng)滿足以下匹配條件 式中： JM 為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； JL 為負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 ? 脈沖頻率 ： 所選步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率要滿足負(fù)載要求，即： 所選步進(jìn)電機(jī)的空載運(yùn)行頻率 fmax要高于其負(fù)載下的連續(xù)運(yùn)行頻率；所選步進(jìn)電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率要高于負(fù)載下的啟動(dòng)頻率。 1 14MLJJ??開環(huán)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用 直流伺服電機(jī)與速度控制 直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括三大部分： （ 1）定子。定子磁極磁場(chǎng)由定子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式，直流伺服電動(dòng)機(jī)可分為永磁式和他勵(lì)式。永磁式磁極由永磁材料制成，他勵(lì)式磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，外繞線圈通以直流電流便產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。 （ 2）轉(zhuǎn)子。又稱為電樞，由硅鋼片疊壓而成，表面嵌有線圈，通以直流電時(shí)，在定子磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。 （ 3）電刷與換向片。為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，轉(zhuǎn)子能沿固定方向均勻的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷與外加直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接。 直流伺服電機(jī)與速度控制 直流伺服系統(tǒng)： 以直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件的伺服系統(tǒng)； 直流伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 為三閉環(huán)（電流、速度、位置） 控制： 位置比較 速度控制 功率驅(qū)動(dòng) 直流伺服電機(jī) 機(jī)床進(jìn)給 電流反饋 電流環(huán) 速度反饋 位置反饋 位置環(huán) 速度環(huán) 位置給定 圖 722 直流伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) ? 電樞電路的電勢(shì)平衡方程 ? 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方程 ? 電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方程 ? 電機(jī)的機(jī)械特性方程 2 ()ase e mU Un R RC C C? ? ???aeE C n?? 直流伺服電機(jī)與速度控制 ()a a a sU E I R R? ? ?maT C I??他勵(lì)直流伺服電機(jī)機(jī)械特性方程的推導(dǎo)： 式中： n電機(jī)轉(zhuǎn)速， r/min； U電樞回路外加電壓， V； Ia電樞回路電流， A； Ra電樞回路內(nèi)阻， Ω ； Rs電樞回路串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻， Ω ； φ 氣隙磁通量， wb； Ce反電勢(shì)系數(shù)； Cm轉(zhuǎn)矩系數(shù)。 直流電機(jī)的調(diào)速方法： （ 1）調(diào)壓恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 改變電樞回路外加電壓 U； （ 2）調(diào)磁恒功率調(diào)速 改變氣隙磁通量 φ（ φ↑n↓T↑） ； （ 3）改變電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻 Rs，從而改變電樞回路電 阻（ Ra+Rs）。 直流伺服電機(jī)與速度控制 數(shù)控機(jī)床的電機(jī)要求既能正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，又能快速制動(dòng)。因此數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一般都是可逆系統(tǒng)，后兩種方法不能滿足數(shù)控機(jī)床的要求。因此，主要 采用調(diào)整電樞電壓的方法來調(diào)節(jié)直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ，它的供電系統(tǒng)能靈活地控制直流電壓的大小和方向。目前主要用 晶閘管調(diào)速控制方式（即可控硅 SCR）和 晶體管脈寬調(diào)速控制方式 （ PWM）來提供可調(diào)的直流電源。 2 ()ase e mU Un R RC C C? ? ???直流電機(jī)的機(jī)械特性方程： 直流伺服電機(jī)與速度控制 晶閘管（即可控硅 SCR）調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速原理： 通過對(duì)晶閘管觸發(fā)角的控制來 改變 電機(jī)電樞 電壓 ，以達(dá)到調(diào)速的目的。 晶體管脈寬調(diào)速（ PWM）控制原理： 通過脈寬調(diào)制器將直流電壓轉(zhuǎn)換成方波電壓，通過對(duì)方波脈沖寬度的控制， 改變 電樞的平均 電壓 ，以達(dá)到調(diào)速的目的。 晶閘管調(diào)速控制方式 ?兩個(gè)環(huán)： 電流環(huán) — 內(nèi)環(huán)； 速度環(huán) — 外環(huán) ?速度、電流調(diào)節(jié)器 均采用 PI調(diào)節(jié)器， 且?guī)薹δ堋? 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng) PI調(diào)節(jié)器 比例（ Proportion）調(diào)節(jié) +積分（ Integral）調(diào)節(jié) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 電流調(diào)節(jié)器 ACR的調(diào)節(jié)作用： 電流環(huán)為由 ACR和電流負(fù)反饋組成的閉環(huán)，它的主要作用是 穩(wěn)定電流 。 穩(wěn)態(tài)時(shí)： 0i s i fi s i d s i dU U U U I U I??? ? ? ? ? ? ? ?上式的物理意義： dsidsifisi IUIUUUU ?? ???????? 0 當(dāng) Usi為一定的情況下，由于電流調(diào)節(jié)器 ACR的調(diào)節(jié)作用，整流裝置的電流將保持在 Usi/β 的數(shù)值上。 這種保持電
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