數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)(編輯修改稿)
2025-01-18 16:21 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。比較器為由加減可逆計(jì)數(shù)器組成的數(shù)字脈沖比較器，其組成框圖如圖 63所示。 41 PC+、 PC和 Pf+、 Pf的加、減定義見(jiàn)表 61。 位置指令 含義 運(yùn)算 位置反饋 含義 可逆計(jì)數(shù) 器運(yùn)算 PC+ 正向運(yùn)動(dòng)指令 + Pf+ 正向位置反饋 － PC 反向運(yùn)動(dòng)指令 － Pf 反向位置反饋 ＋ 表 61 PC、 Pf的定義 42 脈沖分離電路的作用是：在加 、 減脈沖先后分別到來(lái)時(shí) ， 各自按預(yù)定的要求經(jīng)加法計(jì)數(shù)端或減法計(jì)數(shù)端進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器 。 若加 、減脈沖同時(shí)到來(lái)時(shí) ， 則由該電路保證先作加法計(jì)數(shù) ， 然后再作減法計(jì)數(shù) ， 這樣可保證兩路計(jì)數(shù)脈沖均不會(huì)丟失 。 43 在脈沖比較伺服系統(tǒng)中，只有實(shí)現(xiàn)指令脈沖 PC和反饋脈沖 Pf的比較后，才能得出位置的偏差值△ Pi，所以系統(tǒng)需要脈沖比較器。圖 64為一脈沖比較器，其工作原理是 A A A 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(jì)數(shù)器。當(dāng)PC+與 PC不同時(shí)輸出時(shí)，在 A1和 A5中同一時(shí)刻只有一路有脈沖輸出， A9輸出始終是低電平。如此時(shí)工作臺(tái)要做正向進(jìn)給，正向指令脈沖 Pc+出現(xiàn)，該脈沖經(jīng) A A A A4輸出，使可逆計(jì)數(shù)器 A13做加法計(jì)數(shù)。 44 45 可逆計(jì)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(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)正向移動(dòng)。工作臺(tái)移動(dòng)后，位置檢測(cè)元件測(cè)得代表工作臺(tái)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(jì)數(shù)器 A13做減法計(jì)數(shù)。此時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器的內(nèi)容就是 Pc+和 Pf+的偏差值 Pe。當(dāng)可逆計(jì)數(shù)器的內(nèi)容變?yōu)?0時(shí)，說(shuō)明偏差值 Pe=0，即工作臺(tái)的實(shí)際位置等于指令要求的位移，進(jìn)給過(guò)程結(jié)束。反向進(jìn)給時(shí)，反向指令脈沖 PC使可逆計(jì)數(shù)器做減法計(jì)數(shù)，反向反饋脈沖 Pf使可逆計(jì)數(shù)器做加法計(jì)數(shù)，其他過(guò)程和正向進(jìn)給相同。 46 但也有可能出現(xiàn)指令脈沖和反饋脈沖同時(shí)輸入的情況。如出現(xiàn)這種情況，為防止可逆計(jì)數(shù)器內(nèi)部操作因脈沖的“競(jìng)爭(zhēng)”而產(chǎn)生誤操作，影響脈沖比較的可靠性，在指令脈沖和反饋脈沖進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器之前，要進(jìn)行脈沖分離。如脈沖比較器輸入端同時(shí)出現(xiàn)指令脈沖和反饋脈沖，則 A A5的輸出同時(shí)為 0，使 A9輸出為 1，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 A A11有脈沖輸出。A10輸出的負(fù)脈沖同時(shí)封鎖 A3和 A7，使指令脈沖和反饋脈沖不能通過(guò) A3和 A7而進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器。 47 A11的正脈沖輸出分成兩路，先經(jīng) A4輸出到可逆計(jì)數(shù)器做加法計(jì)數(shù)，再經(jīng) A12延時(shí)四個(gè)時(shí)針周期（由時(shí)鐘脈沖 PC產(chǎn)生）通過(guò) A8輸出到可逆計(jì)數(shù)器做減法計(jì)數(shù)。由于脈沖比較器具有脈沖分離功能，所以在指令脈沖和反饋脈沖不同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，脈沖比較器進(jìn)行正常的脈沖信號(hào)比較。即使指令脈沖和反饋脈沖同時(shí)出現(xiàn)，也由硬件邏輯電路保證，先做加法計(jì)數(shù)，后做減法計(jì)數(shù)，保證了兩路的脈沖不會(huì)丟失。 48 相位比較伺服系統(tǒng) 相位比較伺服系統(tǒng)的檢測(cè)元件可以是旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器或磁柵等。其特點(diǎn)是將位置指令脈沖和反饋脈沖都變成某個(gè)載波脈沖的相位，在鑒相器中進(jìn)行相位比較，得到實(shí)際相位與給定位置相位的相位差 Δ 。原理框圖如圖 65所示。它主要由以下部分組成。 ?49 50 （ 1）能輸出一系列具有一定頻率的脈沖信號(hào)，為伺服系統(tǒng)提供一個(gè)相位比較基準(zhǔn)的基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。 （ 2）將來(lái)自計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橄辔蛔兓盘?hào)的脈沖調(diào)相器。 （ 3）檢測(cè)工作臺(tái)位移的位置檢測(cè)元件（感應(yīng)同步器）。 （ 4）將控制信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行比較，輸出與相位差成正比電壓信號(hào)的鑒相器。 （ 5）將鑒相器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行功率和電壓放大的伺服放大器。 51 （ 6）實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械位移轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件。 根據(jù)感應(yīng)同步器工作在相位工作方式時(shí)有 其中 ， 。 相位比較的實(shí)質(zhì)不是脈沖數(shù)量上的比較 ， 而是脈沖相位之間的比較 ， 如超前或滯后多少 。 實(shí)現(xiàn)相位比較的比較器為鑒相器 。 由于旋轉(zhuǎn)變壓器，感應(yīng)同步器和磁柵等檢測(cè)信號(hào)為電壓模擬信號(hào)，同時(shí)這些裝置還有勵(lì)磁信號(hào)，故相位比較首先要解決信號(hào)處理問(wèn)題，即怎樣形成指令相位脈沖和實(shí)際相位脈沖 。 si n( ) si n( 2 / )d m mu k U t k U t X? ? ? ? ?? ? ? ?2/X? ? ??fP?52 脈沖 — 相位變換器又稱脈沖調(diào)相器，作用有兩個(gè)：一是通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行分頻，產(chǎn)生基準(zhǔn)相位脈沖 ，由該脈沖形成的正、余弦勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電壓頻率與 頻率相同，感應(yīng)電壓 ud的相位 隨著工作臺(tái)的移動(dòng)，相對(duì)于基準(zhǔn)相位 有超前或滯后；二是通過(guò)對(duì)指令脈沖 Pc+、 PC的加、減，再通過(guò)分頻產(chǎn)生相位超前或滯后于 的指令相位脈沖 。 0P?0?? 00? cP?53 由于指令相位脈沖 的相位 和實(shí)際相位脈沖 的相位 均以基準(zhǔn)相位脈沖 的相位 為基準(zhǔn)，因此， 和 通過(guò)鑒相器即能獲得 超前 ，還是 超前 ，或兩者相等。如(圖 66)所示為 Pc+=2時(shí)的相位比較波形圖。 cP?c fP? (1)當(dāng)無(wú)進(jìn)給指令時(shí)，即 Pc+=0，工作臺(tái)靜止，指令脈沖的相位 與基準(zhǔn)脈沖相位 同相位，同時(shí)因工作臺(tái)靜止無(wú)反饋，故實(shí)際相位 也與基準(zhǔn)脈沖相位 同相位，經(jīng)鑒相器 ，則速度控制信號(hào)為零，伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，工作臺(tái)仍靜止，如圖 66a所示。 f? 0?0 c?c?f f c?c? 0?f? 0? 0???f?54 (2)有正向進(jìn)給指令， Pc+=2，在指令獲得瞬時(shí)，工作臺(tái)仍靜止，此時(shí)，指令脈沖的相位 超前基準(zhǔn)相位 ，但實(shí)際位置相位 保持不變，經(jīng)鑒相器 ，速度控制信號(hào)大于零，伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)正向移動(dòng)，如圖 66b所示。 (3)隨著工作臺(tái)的正向移動(dòng)，有反饋信號(hào)產(chǎn)生，由此產(chǎn)生的實(shí)際相位 超前基準(zhǔn)相位 ，但 仍超前 ，經(jīng)鑒相器 ，速度控制信號(hào)仍大于零，伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)仍正向移動(dòng)，如圖 66c所示。 c? 0?f? 0???f?0?c? f?0???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(tái)的繼續(xù)正向移動(dòng)，實(shí)際相位 超前基準(zhǔn)相位 的數(shù)值增加，當(dāng) 時(shí)，經(jīng)鑒相器 ，速度控制信號(hào)為零，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，工作臺(tái)停止在指令所要求的位置上，如圖 66d所示。 當(dāng)進(jìn)給為反向指令時(shí)，相位比較同正向進(jìn)給類似。所不同的是指令脈沖相對(duì)于基準(zhǔn)脈沖為減脈沖，故指令相位 相對(duì)于基準(zhǔn)相位 滯后，同時(shí)，實(shí)際相位 相對(duì)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(hào)為負(fù)，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)移動(dòng)至指令位置。 f?0? cf??? 0???c?0? f? 058 鑒相器的輸出信號(hào)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(hào)，作為速度控制信號(hào)，同時(shí)，鑒相器還必須對(duì)超前和滯后做出判別，使得速度控制信號(hào) Up在正向指令為正，在反向指令為負(fù)。 至于一個(gè)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。如感應(yīng)同步器一個(gè)節(jié)距τ =2mm（相當(dāng) 360176。電角度），脈沖當(dāng)量 δ = mm/脈沖，則相位增量為 δ /τ 360176。 = 360176。 =176。 /脈沖，即一個(gè)脈沖相當(dāng)于 176。的相位移，因此需要將一個(gè)節(jié)距分成 2023等份，即分頻系數(shù) N=2023（ 176。 2023=360176。）。 在感應(yīng)同步器中，相位角 與直線位移 X成正比，當(dāng)采用旋轉(zhuǎn)變壓器時(shí)，相位角 即為角位移本身。
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