【正文】 伺服電機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→ 進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。（ 3） 反應速度快，電機必須具有較小的轉動慣量、較大的 轉矩、盡可能小的機電時間常數(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 快速響應是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質的重要指標，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 短暫的調節(jié)過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態(tài)。3/9/20231． 精度高 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復現(xiàn)輸入量的精確程 度。電力電子驅動裝置由 驅動信號產生電路 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 驅動信號控制轉換電路 電子電力驅動放大模塊 位置調節(jié)單元 速度調節(jié)單元 電流調節(jié)單元 檢測裝置一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結構 ：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 ”，那么進給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的 “四肢 ”，是一種 “執(zhí)行機構 ”。 該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結構復雜，綜合性強 。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置 (計算機 )和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。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)控裝置的進給指令信號，經變換、調節(jié)和放大后驅動執(zhí)行件，轉化為直線或旋轉運動。 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、伺服機構或伺服單元。3/9/2023 概 述 進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。它忠實地執(zhí)行由 CNC裝置發(fā)來的運動命令，精確控制執(zhí)行部件的運動方向，進給速度與位移量。3/9/2023 伺服系統(tǒng)的組成 位置調解 速度調解 電流調解 轉換驅動 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： 調節(jié)控制模塊 、 檢測 和 反饋部分組成。 嚴格來說：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．調速范圍寬 調速范圍是指生產機械要求電機能提供的最高轉速 和最低轉速之比。5． 低速大轉矩 進給坐標的伺服控制屬于恒轉矩控制，在整個速度 范圍內都要保持這個轉矩；主軸坐標的伺服控制在低速時為恒轉 矩控制，能提供較大轉矩。 對伺服系統(tǒng)的基本要求 3/9/2023對伺服電機的要求：（ 1）調運范圍寬且有良好的穩(wěn)定性，低速時的速度平穩(wěn)性（ 2） 電機應具有大的、較長時間的過載能力，以滿足低速 大轉矩的要求。（ 4）能承受頻繁的起動、制動和正反轉。電機機械執(zhí)行部件A相、 B相C相、 …f、 nCNC插補指令脈沖頻率 f脈沖個數(shù) n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類 n 無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅動系統(tǒng)和機械傳動機構的性能和精度。n 這類系統(tǒng)具有結構簡單、工作穩(wěn)定、調試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類n 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)w 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅動裝置 (常用伺服電機 )或絲杠引出，采樣旋轉角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。w 由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類 n 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)w 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。具有很高的位置控制精度。w 該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。 優(yōu)點：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常 數(shù)小、反應快和速度平穩(wěn)。噪聲、漏油。 1）直流伺服系統(tǒng) 進給運動系統(tǒng)采用大慣量寬調速永磁直流伺 服電機和中小慣量直流伺服電機；主運動系統(tǒng)采用他激直流伺 服電機。缺點：有電刷，速度不高。 優(yōu)點：結構簡單、不需維護、適合于在惡劣環(huán)境下工作。 伺服系統(tǒng)的分類 3/9/20233．按被控對象分類 （ 1）進給伺服系統(tǒng) 指一般概念的位置伺服系統(tǒng)，包 括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)。 C 軸控制功能。 數(shù)控機床中常用的伺服電機 ： 直流伺服電機（調速性能良好） 交流伺服電機（主要使用的電機） 步進電機（適于輕載、負荷變動不大） 直線電機（高速、高精度） 3/9/2023 常用的直流電動機有：永磁式直流電機（有槽、無槽、杯型、 印刷繞組） 勵磁式直流電機 混合式直流電機 無刷直流電機 直流力矩電機 直流進給伺服系統(tǒng)： 永磁式直流電機類型中的 有槽電樞永磁直 流電機（普通型） ； 直流主軸伺服系統(tǒng)： 勵磁式直流電機類型中的 他激直流電機 。電樞回路的電壓平衡方程式為 : （ ） Ua─ 電樞上的外加電壓； Ra─ 電樞電阻； Ea─ 電樞反電勢。 根據(jù)以上各式可以求得： （ ） 2 一般 直流電機的工作特性 3/9/2023當負載轉矩為零時： 理想空載轉速 （ ） 當轉速為零時： 啟動轉矩 ( ） 當電機帶動某一負載 TL時 電機轉速與理想空載轉速的差 （ ） 2一般 直流電機的工作特性 ωO△ ω 2一般 直流電機的工作特性 3/9/2023 (1) 永磁直流伺服電機的性能特點 1) 低轉速大慣量 2) 轉矩大 3) 起動力矩大 4) 調 速泛 圍 大，低速運行平穩(wěn)，力矩波動小 (2) 永磁直流伺服電機性能用特性曲線和數(shù)據(jù)表描述 1) 轉矩 速度特性曲線 （ 工作曲線） 2) 負載 工作周期曲線 過載倍數(shù) Tmd，負載工作周期比 d。 3．永磁直流伺服電機的工作特性 3/9/2023 3．永磁直流伺服電機的工作特性 d% 80 110% 120% 60 130% 140% 40 160% d 180% 20 200% 0 1 3 tR 6 10 30 60 100 tR(min) 6000 Ⅱ 換向極限 速度極限 4000 溫度極限 2023 Ⅰ 0 500 1000 1500 n 圖 6﹒8 永磁直流伺服電機工作曲線 Ⅰ 區(qū)為連續(xù)工作區(qū)； Ⅱ 區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，由負載 工作周期曲線決定工作時間； Ⅲ 區(qū)為瞬時加減速 區(qū)3/9/2023 4．主軸直流伺服電機的工作原理和特性 O nj nmax nP,T 1 2圖 直流主軸電機特性曲線 1轉矩特性曲線 2功率特性曲線3/9/2023直流伺服電機的缺點： ◆ 它的電刷和換向器易磨損； ◆ 電機最高轉速的限制，應用環(huán)境的限制； ◆ 結構復雜，制造困難，成本高。 2 交流伺服電機及工作特性 VS3/9/2023交流同步伺服電機的種類： 勵磁式、永磁式、磁阻式和磁滯式 （ 1）永磁交流同步伺服電機的