【文章內(nèi)容簡介】 因工作臺靜止無反饋，故實(shí)際相位 也與基準(zhǔn)脈沖相位 同相位，經(jīng)鑒相器 ，則速度控制信號為零，伺服電動機(jī)不轉(zhuǎn)，工作臺仍靜止，如圖 66a所示。54 (2)有正向進(jìn)給指令， Pc+=2，在指令獲得瞬時(shí)，工作臺仍靜止，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 ，速度控制信號大于零，伺服電動機(jī)正轉(zhuǎn)，工作臺正向移動，如圖 66b所示。 (3)隨著工作臺的正向移動，有反饋信號產(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 ，速度控制信號仍大于零，伺服電動機(jī)正轉(zhuǎn)，工作臺仍正向移動，如圖 66c所示。 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(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 ，速度控制信號為零，伺服電動機(jī)停轉(zhuǎn)，工作臺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(shí)，實(shí)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。 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(shí)，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)。 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。如感應(yīng)同步器一個節(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/τ360176。=360176。=176。/ 脈沖，即一個脈沖相當(dāng)于 176。 的相位移，因此需要將一個節(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。 59 脈沖調(diào)相器是將脈沖數(shù)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)相位的裝置。圖 67為脈沖調(diào)相器的工作原理框圖，該系統(tǒng)分為基準(zhǔn)分頻通道和調(diào)相分頻通道兩部分。由基準(zhǔn)脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的基準(zhǔn)脈沖信號 f0分成兩路。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。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 。 6061 脈沖調(diào)相器的工作原理如下：回路中有標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器和 X計(jì)數(shù)器，兩計(jì)數(shù)器的分頻數(shù)相同。在基準(zhǔn)脈沖信號觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器和 X計(jì)數(shù)器之前，先向 X計(jì)數(shù)器輸入一定數(shù)量的指令脈沖 PC+。當(dāng)脈沖信號觸發(fā)兩計(jì)數(shù)器后，兩計(jì)數(shù)器輸出的信號頻率相同，但相位卻不同。由于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器是 N分頻，所以 N個脈沖會使標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器的輸出變化一個周期，即 360176。 。 X計(jì)數(shù)器輸入端同樣接收到 N個脈沖，但由于先前 X計(jì)數(shù)器已接收了 PC個正指令脈沖，實(shí)際上 X計(jì)數(shù)器接收了 N+PC個脈沖，所以它的輸出在變化到 360176。 后，又變化了 1=（ PC/N）360176。 ，即 X計(jì)數(shù)器的相位超前了標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器 1，其波形如圖 68所示。 62 實(shí)際工作中，輸入指令脈沖是在基準(zhǔn)脈沖觸發(fā)兩計(jì)數(shù)器的同時(shí)進(jìn)行的。若指令脈沖為 PC+，則標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器在接收到 N1＜ N個基準(zhǔn)脈沖，即輸出還沒有到達(dá)一個周期時(shí)， X計(jì)數(shù)器已經(jīng)接收了 N1+PC=N個脈沖，完成了一個周期。結(jié)果使 X計(jì)數(shù)器的相位比較標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器超前了（ 1= PC+/N360176。 ），如圖68所示。 636465 利用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器和 X計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)量到相位的變換時(shí)，必須使基準(zhǔn)脈沖在向兩計(jì)數(shù)器輸入的過程中，能加入一定的指令脈沖。這個功能由脈沖加減器完成，如圖 610所示。 、 是由基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器發(fā)出的在相位錯開 180176。 的同頻率信號， 是主頻率，經(jīng)與非門 Ⅰ 輸出，作為計(jì)數(shù)器的基準(zhǔn)脈沖。 是指令脈沖的同步信號。當(dāng)沒有指令脈沖時(shí)，與非門 Ⅰ 開， A脈沖由此通過。當(dāng)輸入一個 PC－ 指令脈沖時(shí)，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。當(dāng)輸入一個 PC+指令脈沖時(shí)，觸發(fā)器 C3的 Q3變?yōu)?1，觸發(fā)器 C4的 Q4也變?yōu)?1。 出現(xiàn)脈沖時(shí)， Q4和 B端均為 1，與非門 Ⅱ 打開，脈沖進(jìn)入最后的輸出端。由于 、錯相 180176。 ，所以使 序列脈沖中插入一個 序列脈沖 。 66圖 610 脈沖加減器 （一） 67圖 610 脈沖加減器 （二） 68 為了將指令信號與反饋信號進(jìn)行相位比較，需要應(yīng)用鑒相器。圖 611為半加器鑒相線路及波形圖，指令信號和位置信號分別經(jīng)觸發(fā)器 進(jìn)入半加器。半加器輸出的邏輯函數(shù)為 。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。若 、 信號相位相同，則或門兩輸入端同時(shí)為 0， S=0。如 信號超前 信號 △θ 相位， A信號來到時(shí)， B信號還沒有出現(xiàn)。此時(shí)， =1， =0，上與門輸出為 1，下與門輸出為 0，或門輸出端 S=1。 69 信號也出現(xiàn)時(shí)， =1， =1，使兩與門輸出均為 0，或門輸出端 S=0。由于 信號相位超前， =0時(shí)，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。有關(guān)信號的波形圖見圖 610。從圖中可以看出， S信號是一個周期的方波脈沖，它的波脈寬度與 、 兩信號的相位差 △ 成正比?？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。 △越大， S端輸出方波的平均電壓越大。 70 信號是超前還是滯后信號，可借助于 NE端來判斷。輸出端為 NE的觸發(fā)器 由下降沿觸發(fā)。當(dāng)接于 端的 信號超前于 信號時(shí)， 領(lǐng)先于 從 1變?yōu)?0， 觸發(fā)器由 信號的下降沿觸發(fā)時(shí)， 端的 信號已為 0，所以 NE端也為 0，如圖 610b所示。當(dāng)接于 端的 信號滯后于信號時(shí)， 領(lǐng)先 從 1變?yōu)?0， 觸發(fā)器由 信號的下降沿觸發(fā)時(shí)， 端的 信號仍為 1，所以 NE端也為 1。 7172 幅值比較伺服系統(tǒng) 幅值比較伺服系統(tǒng)是以位置檢測信號的幅值變化來反映機(jī)械位移的大小，并以此作為位置反饋信號，與指令信號進(jìn)行比較構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是所有的位置檢測元件都工作在幅值工作方式。幅值比較伺服系統(tǒng)常用感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測元件。幅值比較伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的過程與相位比較伺服系統(tǒng)相類似。 73 (1) 幅值比較伺服系統(tǒng)的組成 圖 612是采用感應(yīng)同步器作為位置檢測元件的幅值比較控制系統(tǒng)。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。 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。 ③ 將模擬控制信號進(jìn)行功率和電壓放大的伺服放大器。 ④ 檢測工作臺位移的位置檢測元件。 ⑤ 為感應(yīng)同步器正、余弦繞組提供信號的勵磁電路。 ⑥ 將定尺的輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉敌盘柕蔫b幅器。 ⑦ 將鑒幅器的直流電壓轉(zhuǎn)變成反饋脈沖的電壓－頻率變換器。 ⑧ 實(shí)現(xiàn)電信號到機(jī)械位移轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件。 75 (2) 幅值比較伺服系統(tǒng)的工作原理 當(dāng)采用幅值工作方式時(shí)，感應(yīng)同步器滑尺正弦繞組和分別輸入頻率相同、幅值成正交關(guān)系的勵磁信號：式中 —— 勵磁信號的電壓幅值； —— 已知的電氣角，系統(tǒng)中可通過改變角的大小來控制滑尺勵磁信號的幅值； —— 正弦交變勵磁信號的角頻率。 76 當(dāng)正弦、余弦繞組的勵磁信號加入后，定尺繞組的感應(yīng)電動勢為： 式中 K—— 感應(yīng)系數(shù)； —— 定尺繞組與滑尺繞組的相對位移角； E0m—— 定尺繞組電動勢幅值。 77 若 ，則定尺繞組電動勢幅值 E0m≠0 。利用這個原理，要測量定尺與滑尺之間移動的位移角 ，可改變勵磁信號 角的設(shè)定值，然后，測量 E0m的大小，當(dāng)設(shè)定值 變化到使 E0m=0，即 時(shí)，就間接地通過設(shè)定值 獲得了定尺和滑尺之間位移角 的實(shí)際值。所以幅值比較伺服系統(tǒng)中，若要獲得 和 之間的關(guān)系，只需要檢測的電動勢即可。這項(xiàng)工作由鑒幅器來完成。為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，電動勢幅值需經(jīng)電壓－頻率變換電路，才能變成相應(yīng)的數(shù)字脈沖。該數(shù)字脈沖一方面與指令脈沖作比較以獲得位置偏差信號，另一方面作為修改勵磁信號中 的設(shè)定輸入，使 跟隨 的變化。 78 幅值比較伺服系統(tǒng)具體的工作過程如下：初始狀態(tài)時(shí)工作臺靜止不動，指令脈沖 ， ，經(jīng)鑒幅器檢測定尺繞組的電動勢幅值為 0，由電壓－頻率變換電路得到反饋脈沖 Pf也為 0。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)。 當(dāng)系統(tǒng)接收到正的指令脈沖 PC＞ 0時(shí)，工作臺仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，反饋脈沖 Pf仍為 0。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。 79 于是，伺服電動機(jī)帶動工作臺正向進(jìn)給，同步感應(yīng)器滑尺相對于定尺產(chǎn)生位移。此時(shí)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(yīng)的的反饋脈沖 Pf。脈沖 Pf一方面與指令脈沖作比較，獲