【正文】 速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器觸發(fā)脈沖發(fā)生器可控硅整流器電流反饋速度反饋電流檢測編碼器 電機(jī)UR+ Uf IfIR+E1ES3/9/20232）主回路 工作原理組成 ： 由大功率晶閘 管構(gòu)成的三相全控橋式（三相全波）反并接可逆電路， 分成二大部分（ Ⅰ 和 Ⅱ ），每部分內(nèi)按三相橋式連接，二組反并接， 分別實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn) 和反轉(zhuǎn)。 觸發(fā)脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生移相脈沖，使可控硅觸發(fā)角前移或后移。 電流環(huán)：電流調(diào)節(jié) (P或 PI)。 主回路： 可控硅整流放大器等。屬于恒功率調(diào)速。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。速度控制： 主要是調(diào)速，調(diào)速有機(jī)械 、 液壓和電氣方法，電氣調(diào) 速最有利于實(shí)現(xiàn)自動化。與 主運(yùn)動相比功率較小。不但有速度控制， 還有位置控制。分為主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動。（ 1）永磁交流同步伺服電機(jī)的發(fā)展 ① 新永磁材料的應(yīng)用 釹鐵硼 ② 永久磁鐵的結(jié)構(gòu)改革 內(nèi)裝永磁交流同步伺服電機(jī) ③ 與機(jī)床部件一體化的電機(jī) 空心軸永磁交流同步伺服電機(jī)（ 2）交流主軸伺服電機(jī)的發(fā)展 ① 輸出轉(zhuǎn)換型交流主軸電機(jī) 三角 星形切換，繞組數(shù)切換或二者組合切換。交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： ◆ 動態(tài)響應(yīng)好； ◆ 輸出功率大、電壓和轉(zhuǎn)速提高交流伺服電機(jī)形式： ◆ 同步型交流伺服電機(jī)和 ◆ 異步型交流感應(yīng)伺服電機(jī) 。Ⅲ8000 瞬時換向極限10000 12023轉(zhuǎn)矩極限圖 6﹒ 9負(fù)載 工作周期曲線M/（ Ncm） 3) 數(shù)據(jù)表： N、 T、 時間常數(shù)、轉(zhuǎn)動慣量等等。圖 直流電機(jī)的機(jī)械特性ω （ n） ω OO△ω TS T TL 3/9/2023 ⑵ 動態(tài)特性直流電機(jī)的動態(tài)力矩平衡方程式為 （ ） 式中 TM ─ 電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩； TL ─ 折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； ω ─ 電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度； J ─ 電機(jī)轉(zhuǎn)子上總轉(zhuǎn)動慣量； t ─ 時間自變量。 電樞反電勢與轉(zhuǎn)速之間有以下關(guān)系： （ ） Ke─ 電勢常數(shù)； ω ─ 電機(jī)轉(zhuǎn)速（角速度）。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。 直流伺服電機(jī)及工作特性 3/9/2023 1．直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)極靴機(jī)殼 瓦狀永磁材料（定子）電樞（轉(zhuǎn)子）換向極主磁極定子轉(zhuǎn)子線圈圖 圖 3/9/2023⑴ 靜態(tài)特性4．按反饋比較控制方式分類 （ 1）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng) （ 2）相位比較伺服系統(tǒng) （ 3）幅值比較伺服系統(tǒng) （ 4）全數(shù)字伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的分類 3/9/2023 伺服電動機(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。 （ 2）主軸伺服系統(tǒng) 只是一個速度控制系統(tǒng)。動 態(tài)響 應(yīng)好、轉(zhuǎn)速高和容量大。 2）交流伺服系統(tǒng) 交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服系 統(tǒng)） 和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服系統(tǒng)）。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好。（ 2）電氣伺服系統(tǒng) 伺服電機(jī)（ 步進(jìn)電機(jī) 、直流電機(jī)和交流電機(jī)） 優(yōu)點(diǎn)：操作維護(hù)方便，可靠性高。 缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。3/9/20232． 按使用的執(zhí)行元件分類 （ 1）電液伺服系統(tǒng) 電液脈沖馬達(dá)和電液伺服馬達(dá)。 w 由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元 速度控制單元++ 電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類 w 從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。w 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代 CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元 速度控制單元++ 電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類 w 半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。n 一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動元件。 對伺服系統(tǒng)的基本要求 3/9/2023 1．按調(diào)節(jié)理論分類（ 1）開環(huán)伺服系統(tǒng) （ 2）閉環(huán)伺服系統(tǒng) （ 3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的分類指令驅(qū)動電路 步進(jìn)電機(jī) 工作臺脈沖伺服電機(jī)速度檢測速度控制位置控制 位置檢測伺服電機(jī)速度控制位置控制工作臺脈沖編碼器指令3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類n 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)w沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置→ 進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。（ 3） 反應(yīng)速度快，電機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動慣量、較大的 轉(zhuǎn)矩、盡可能小的機(jī)電時間常數(shù)和很大的加速度 (400rad / s2以上 )。在高速時為恒功率控制，具有足夠大 的輸出功率。 0～ 24m / min。3． 快速響應(yīng) 快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。2． 穩(wěn)定性好 穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在 短暫的調(diào)節(jié)過程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。3/9/20231． 精度高 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程 度。電力電子驅(qū)動裝置由 驅(qū)動信號產(chǎn)生電路 和 功率放大器 組成。3/9/2023 伺服系統(tǒng)的組成 組成： 伺服電機(jī) 驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路 電子電力驅(qū)動放大模塊 位置調(diào)節(jié)單元 速度調(diào)節(jié)單元 電流調(diào)節(jié)單元 檢測裝置一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu) ：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。如果說C裝置是數(shù)控系統(tǒng)的 “大腦 ”，是發(fā)布 “命令 ”的 “指揮所 ”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的 “四肢 ”，是一種 “執(zhí)行機(jī)構(gòu) ”。 該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合性強(qiáng) 。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置 (計算機(jī) )和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。第第 6 章章 數(shù)控伺服系統(tǒng)3/9/2023 概 述 伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令信號，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、伺服機(jī)構(gòu)或伺服單元。3/9/2023 概 述 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。它忠實(shí)地執(zhí)行由 CNC裝置發(fā)來的運(yùn)動命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動方向，進(jìn)給速度與位移量。3/9/2023 伺服系統(tǒng)的組成 位置調(diào)解 速度調(diào)解 電流調(diào)解 轉(zhuǎn)換驅(qū)動 工作臺電流反饋速度反饋位置反饋MG 位置、速度和電流環(huán)均由： 調(diào)節(jié)控制模塊 、 檢測 和 反饋部分組成。 嚴(yán)格來說：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。包括定位精度和輪廓加工精度。直接 影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。4．調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)