【正文】 沖加減器 基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器 激磁信號(hào) 指令信號(hào) +x x 519 脈沖調(diào)相器原理框圖 第 5章 位置檢測裝置 為說明指令移相情況，設(shè)兩個(gè)分頻器均由四個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)觸發(fā)器 C0~C3組成，每輸入 16個(gè)脈沖產(chǎn)生一個(gè)溢出脈沖信號(hào)。對應(yīng)無指令脈沖和有指令脈沖兩種情況，可用圖 520和圖 521兩個(gè)波形圖來描述 C0 C1 C2 C3 F 圖 57 無指令脈沖時(shí)序波形圖 第 5章 位置檢測裝置 圖 521所示，有一正向指令脈沖通過脈沖加減器，使得輸入到調(diào)相分頻通道的脈沖個(gè)數(shù)增加一個(gè)，結(jié)果該分頻器產(chǎn)生溢出脈沖的時(shí)刻提前產(chǎn)生。因此，在指令脈沖作用下，調(diào)相分頻通道輸出脈沖與基準(zhǔn)脈沖有一個(gè)相位差 Δ θ 1，且 Δ θ 1＝ θ 1－ θ 0， θ 0為基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的基準(zhǔn)相位； θ 1為指令信號(hào)相位； θ 1的大小取決于指令脈沖數(shù)，其隨時(shí)間變化的快慢取決于指令脈沖頻率，而其相對于 θ 0的超前與滯后，則取決于指令脈沖進(jìn)給方向。 圖 521 有指令脈沖時(shí)序波形 F C1 C2 C0 C3 F1 分頻器 2輸出 分頻器 1輸出 Δθ1 第 5章 位置檢測裝置 12???＝NN?? 21 ＝? 當(dāng)用同一脈沖源的輸出時(shí)鐘脈沖去觸發(fā)容量相同的兩個(gè)分頻器 1和 2時(shí)（見圖 57），結(jié)果在兩個(gè)分頻器最后一級的輸出是頻率大大降低的兩個(gè)同頻率信號(hào)。假設(shè)時(shí)鐘脈沖頻率為 F，當(dāng)分頻器的容量為N，即 N個(gè)時(shí)鐘脈沖使分頻器的輸出變化一個(gè)周期，則分頻器輸出端的脈沖頻率 f為： f=F/N（ N為最大計(jì)數(shù)容量， n為觸發(fā)器個(gè)數(shù)）。如果在時(shí)鐘脈沖觸發(fā)兩個(gè)分頻器的過程中，通過脈沖加減器加入一個(gè)指令脈沖，分頻器 2的最后一級輸出提前翻轉(zhuǎn)，從而相對于分頻器 1產(chǎn)生了一個(gè)正的相移 Δθ 1（見圖 521）。脈沖調(diào)相器每接受一個(gè)脈沖便產(chǎn)生一個(gè)指令相位增量 Δθ 1， Δθ 1應(yīng)符合下式 或 第 5章 位置檢測裝置 如果感應(yīng)同步器的 節(jié)距為 2mm， 脈沖當(dāng)量選定為 δ=， 一個(gè)脈沖對應(yīng)的相移角 Δθ1為 ?? 6 021 ???? t?? 數(shù)控裝置每發(fā)一個(gè)進(jìn)給脈沖，經(jīng)脈沖調(diào)相器變?yōu)槌盎鶞?zhǔn)信號(hào)一個(gè) 相移角的信號(hào)，即 Δθ1=θ1θ0=。此時(shí)因工作臺(tái)未動(dòng)，反饋信號(hào)相對于基準(zhǔn)信號(hào)的相位差 Δθ2=θ2θ0=0（ θ2為定尺繞組上作為反饋信號(hào)所取的感應(yīng)電壓U2的相位）。鑒相器將 δ＝ Δθ1－ Δθ2 =，經(jīng)放大后控制伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。隨著工作臺(tái)的移動(dòng)， θ2逐漸增大，相位差 δ逐漸減少，直至 δ＝ 0。 第 5章 位置檢測裝置 鑒相式伺服系統(tǒng)利用相位比較原理進(jìn)行工作。當(dāng)數(shù)控裝置要求工作臺(tái)沿一個(gè)方向位移時(shí)，產(chǎn)生一列進(jìn)給脈沖，經(jīng)脈沖調(diào)相器的調(diào)相分頻通道轉(zhuǎn)化為相位變化信號(hào) Δθ1′，它作為指令信號(hào)送入鑒相器；測量裝置及信號(hào)處理電路的作用是將工作臺(tái)的位移量檢測出來，并表達(dá)成與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差 Δθ2′，也被送入鑒相器。這兩路信號(hào)都用它們與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差表示，且同頻率、同周期。因此，它們兩者之間的相位差為 δ′＝ Δθ1′－ Δθ2′。鑒相器的作用就是鑒別出這兩個(gè)信號(hào)的相位差，并以與此相位差信號(hào)成正比的電壓信號(hào)輸出。如果相位差不為零，說明工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)的距離不等于指令信號(hào)要求工作臺(tái)移動(dòng)的距離，鑒相器檢測出的相位差，經(jīng)放大后，送入速度控制單元，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)向減少誤差的方向移動(dòng)。若相位差為零，則表示感應(yīng)同步器的實(shí)際位置與給定指令位置相同，鑒相器輸出電壓為零，工作臺(tái)停止移動(dòng)。 第 5章 位置檢測裝置 tUUtUUmcms????si nc o ssi nsi n???????? s i ns i nco sco ss i ns i n2 tKUtKUU mm ??? ? tKU m ??? s i ns i n ?＝2. 鑒幅式系統(tǒng) 供給滑尺上正、余弦繞組的勵(lì)磁電壓的頻率相同、相位相同但幅值不同。 式中 α— 給定的電氣角。 則在定尺繞組產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓為 (58) 式中 θ— 與位移對應(yīng)的角度。 第 5章 位置檢測裝置 鑒幅式伺服系統(tǒng)是以位置檢測信號(hào)的幅值大小來反映機(jī)械位移的數(shù)值，并以此作為位置反饋信號(hào)與指令信號(hào)進(jìn)行比較構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 由式 58可知，若電氣角 α 已知，只要測出 U2的幅值，便能求出與位移對應(yīng)的角度 θ。實(shí)際測量時(shí)，不斷調(diào)整 α ，讓幅值為零。設(shè)初始位置時(shí)， α = θ ， U2＝ 0，當(dāng)滑尺相對定尺移動(dòng)后，隨著 θ不斷增加， α ≠θ ， U2 ≠ 0 。若逐漸改變 α值，直至 α = θ ，U2＝ 0，此時(shí) α的變化量就代表了 θ對應(yīng)的位移量，就可測得機(jī)械位移。 ? ? tKUU m ??? s i ns i n2 ?＝式 58 第 5章 位置檢測裝置 圖 522 鑒幅式伺服系統(tǒng)原理框圖 比較器 數(shù)模轉(zhuǎn)換 放大環(huán)節(jié) 速度單元 工作臺(tái) 測量及信號(hào)處理電路 伺服電機(jī) 進(jìn)給指令 鑒幅式系統(tǒng)的工作原理：進(jìn)入比較器的信號(hào)有兩路，一路來自進(jìn)給脈沖，它代表了數(shù)控裝置要求機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)的位移量。另一路來自測量及信號(hào)處理電路，以數(shù)字脈沖形式出現(xiàn)，體現(xiàn)了工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)的距離。鑒幅式系統(tǒng)工作之前，數(shù)控裝置和測量元件的信號(hào)處理電路都沒有脈沖輸出，比較器的輸出為零，工作臺(tái)不移動(dòng)。出現(xiàn)進(jìn)給脈沖信號(hào)后，比較器的輸出不為零，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將比較器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)放大后，由伺服電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。同時(shí)，工作在鑒幅狀態(tài)的感應(yīng)同步器的定尺感應(yīng)出電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理線路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字脈沖信號(hào)，該數(shù)字脈沖信號(hào)作為反饋信號(hào)進(jìn)入比較器與進(jìn)給脈沖進(jìn)行比較。若兩者相等，比較器輸出為零，工作臺(tái)不動(dòng)；若兩者不相等，說明工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)的距離還不等于指令信號(hào)要求移動(dòng)的距離，伺服電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，直到比較器輸出為零時(shí)停止。 第 5章 位置檢測裝置 測量元件 sin/cos發(fā)生器 解調(diào)線路 V/F轉(zhuǎn)換器 圖 523 測量元件及信號(hào)處理電路 圖 523,表明測量及信號(hào)處理線路是如何將工作臺(tái)的機(jī)械位移檢測出來并轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)。感應(yīng)同步器根據(jù)工作臺(tái)的位移量，輸出正弦電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)的幅值代表工作臺(tái)的位移。此正弦信號(hào)經(jīng)濾波、放大、檢波、整流以后，變成方向與工作臺(tái)移動(dòng)方向相對應(yīng)，幅值與工作臺(tái)位移成正比的直流電壓信號(hào)，這個(gè)過程稱解調(diào)，由解調(diào)線路也稱鑒幅器來完成。解調(diào)后的信號(hào)經(jīng)電壓頻率（ V/F）轉(zhuǎn)換器變成計(jì)數(shù)脈沖，脈沖的個(gè)數(shù)與電壓幅值成正比，并用符號(hào)觸發(fā)器表示方向。一方面，該計(jì)數(shù)脈沖及符號(hào)送比較器與進(jìn)給脈沖比較；另一方面，經(jīng)正余弦 (sin/cos)信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)測量元件的兩路信號(hào) sin和 cos，使 α 角與此相對應(yīng)發(fā)生改變。并根據(jù) α產(chǎn)生正弦和余弦矩形波，使 α 總是跟隨角 θ 的變化而變化。 第 5章 位置檢測裝置 0)s i n ( 12 ???? ??mKUU再一次經(jīng)解調(diào)線路，電壓頻率轉(zhuǎn)換器、 sin/cos信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生下一個(gè)激磁信號(hào)，該激磁信號(hào)將使測量元件的輸出進(jìn)一步接近于零，這個(gè)過程不斷重復(fù)，直到測量元件的輸出為零時(shí)為止。 若感應(yīng)同步器滑尺沒有新的位移，因激磁信號(hào)電氣角由 α 變?yōu)?α 1 ，它所輸出的幅值信號(hào)也隨之變化，而且逐步趨近于零。 若輸出的新的幅值信號(hào) 第 5章 位置檢測裝置 磁尺 結(jié)構(gòu)與工作原理 第 5章 位置檢測裝置 應(yīng)用 有兩種工作方式，幅值檢測與相位檢測。 常用相位檢測，給兩磁頭同頻率與同幅值，相位相差 90的勵(lì)磁電壓，則拾磁組輸出： ??????xtUUxtUUmm2c o s)si n(2si n)si n(21??相加得： )2s in ( ??? xtUU m ??