數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)-閱讀頁
2025-01-10 16:30本頁面
【正文】 使電動機(jī)轉(zhuǎn)速受限，從而限制使用環(huán)境等問題。交流伺服電動機(jī)有異步型交流伺服電動機(jī)（ IM）和同步型交流伺服電動機(jī)（ SM）。永磁同步電動機(jī)主要由三部分組成：定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件（轉(zhuǎn)子位置傳感器和測速發(fā)電機(jī)）。但其外圓一般呈多邊形，且無外殼，以利于散熱，避免電動機(jī)發(fā)熱對機(jī)床精度的影響。同一種鐵心和相同的磁鐵塊數(shù)可以裝成不同的極數(shù)。 ②改變轉(zhuǎn)差率 s（變轉(zhuǎn)差率調(diào)速）。 m in)/()1()1(60 01 rsnsp fn ???? 交流伺服電動機(jī) ?正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）變頻調(diào)速 正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）變頻調(diào)速 二、開環(huán)進(jìn)給伺服控制 （ 1）步進(jìn)電動機(jī)工作原理及特性 ? 步進(jìn)電動機(jī)（ Step Motor），是一種用電脈沖信號控制，可將電脈沖信號按正比關(guān)系轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行器。如果停機(jī)后某些相的繞組仍保持通電狀態(tài)，則還具有自鎖能力。也有的采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的數(shù)控機(jī)床同時采用了位置檢測元件，構(gòu)成了反饋補(bǔ)償型的驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)。 步進(jìn)電動機(jī)工作原理及特性 ? 三相步進(jìn)電動機(jī)除了單三拍通電方式外，還經(jīng)常工作在三相六拍通電方式。也就是說，先接通 A相繞組；以后再同時接通 A、 B相繞組；然后斷開 A相繞組，使 B相繞組單獨(dú)接通；再同時接通 B、 C相繞組，依此進(jìn)行。在這種通電方式時，步進(jìn)電動機(jī)的步距角與單三拍時的情況有所不同。采用單、雙六拍通電方式后，步進(jìn)電動機(jī)由 A相繞組單獨(dú)通電到 B相繞組單獨(dú)通電，中間還要經(jīng)過 A、 B兩相同時通電這個狀態(tài)，也就是說要經(jīng)過二拍轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)過 30176。 ?? 152/30 ??s? 步進(jìn)電動機(jī)工作原理及特性 ? 同一臺步進(jìn)電動機(jī)，因通電方式不同，運(yùn)行時的步距角也是不同的。實(shí)際使用中，單三拍通電方式由于在切換時一相繞組斷電而另一相繞組開始通電容易造成失步。通常將它改成雙三拍通電方式，即按 AB— BC— CA— AB的通電順序運(yùn)行，這時每個通電狀態(tài)均為兩相繞組同時通電。所以步進(jìn)電動機(jī)按雙三拍通電方式運(yùn)行時，它的步距角和單三拍通電方式相同，也是 30176。 )1(2 mKpz ??mzk?360?? 開環(huán)進(jìn)給伺服控制 （ 2）步進(jìn)電動機(jī)特性 ? 步距角和靜態(tài)步距誤差：步進(jìn)電動機(jī)的步距角是決定開環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)，數(shù)控機(jī)床中常見的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的步距角一般為176。一般情況下，步距角越小，加工精度越高。步距誤差主要由步進(jìn)電動機(jī)齒距制造誤差，定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻以及各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻等因素造成的。 步進(jìn)電動機(jī)特性 ?起動頻率 fq ：步進(jìn)電動機(jī)空載時，由靜止突然起動，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行所允許的最高頻率值，稱為起動頻率或突跳頻率，用 fq表示。 fq與負(fù)載慣量有關(guān)，一般說來隨著負(fù)載慣量的增長而下降。 步進(jìn)電動機(jī)特性 ?連續(xù)運(yùn)行最高工作頻率 fmax： 步進(jìn)電動機(jī)連續(xù)運(yùn)行時，它所能接受的，即保證不丟步運(yùn)行的極限頻率值。它是決定定子繞組通電狀態(tài)最高變化頻率的參數(shù)，它決定了步進(jìn)電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。 步進(jìn)電動機(jī)特性 ?加、減速特性 步進(jìn)電動機(jī)的加、減速特性是描述步進(jìn)電動機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加、減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關(guān)系。逐漸上升和下降的加速時間，減速時間不能過小，否則會出現(xiàn)失步或超步。 步進(jìn)電動機(jī)特性 ?矩頻特性和動態(tài)轉(zhuǎn)矩 矩頻特性描述步進(jìn)電動機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系，如圖 。 開環(huán)進(jìn)給伺服控制 （ 3）步進(jìn)電動機(jī)的選用 ? 合理選用步進(jìn)電動機(jī)對開環(huán)伺服控制系統(tǒng)相當(dāng)重要。但增大轉(zhuǎn)矩與快速運(yùn)行存在一定矛盾，高性能與低成本存在矛盾，因此，在實(shí)際選用時必須綜合考慮。為了提高精度，希望脈沖當(dāng)量小。故應(yīng)兼顧精度與速度的要求來選定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量。步進(jìn)電動機(jī)的步距角從理論上說是固定的，但實(shí)際上還是有誤差的。通常應(yīng)將步進(jìn)電動機(jī)的步距誤差、負(fù)載引起的定位誤差和傳動機(jī)構(gòu)的誤差全部考慮在內(nèi)，使總的誤差小于數(shù)控機(jī)床允許的定位誤差。這兩條曲線是選用步進(jìn)電動機(jī)的重要依據(jù)。已知負(fù)載轉(zhuǎn)矩，可以在起動矩頻特性曲線中查出起動頻率。若已知步進(jìn)電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率 f就可以從工作矩頻特性曲線中查出轉(zhuǎn)矩 Mdm，這也是轉(zhuǎn)矩的極限值，有時稱其為失步轉(zhuǎn)矩。 步進(jìn)電動機(jī)的選用 開環(huán)進(jìn)給伺服控制 （ 4）步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動 ? 步進(jìn)電動機(jī)工作方式：步進(jìn)電動機(jī)的工作方式和一般電動機(jī)的不同，它是采用脈沖控制方式工作的。數(shù)控機(jī)床中采用的功率步進(jìn)電動機(jī)有三相、四相、五相和六相等。所謂單 m拍是指每拍只有一相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m；雙 m拍是指每拍同時有兩相通電，循環(huán)拍數(shù)為m；三 m拍是每拍有三相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m拍； 2m拍是各拍既有單相通電，也有兩相或三相通電，通常為 1~2相通電或 2～ 3相通電，循環(huán)拍數(shù)為 2m，如表 ，步進(jìn)電動機(jī)相數(shù)越多，工作方式也越多。 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動 ?步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路 ? 脈沖分配 ? 采用軟件實(shí)現(xiàn)。表 ，可將表中狀態(tài)代碼 01H、 03H、 02H、 06H、 04H、 05H列入程序數(shù)據(jù)表中，通過軟件可順次在數(shù)據(jù)表中提取數(shù)據(jù)并通過輸出接口輸出即可，通過正向順序讀取和反向順序讀取可控制電動機(jī)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)。該方法能充分利用計算機(jī)軟件資源以降低硬件成本，尤其是對多相的脈沖分配具有更大的優(yōu)點(diǎn)。 脈沖分配 脈沖分配 ? 采用小規(guī)模集成電路搭接而成的三相六拍環(huán)形脈沖分配器，如圖 。這種方式靈活性很大，可搭接任意相任意通電順序的環(huán)形分配器，同時在工作時不占用計算機(jī)的工作時間。它可以實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電動機(jī)的各種環(huán)形分配，使用方便、接口簡單。其工作狀態(tài)如表 。 閉環(huán)進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 ?閉環(huán)進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)傳遞函數(shù) ? 前向通道的傳遞函數(shù)表達(dá)式為 ? 閉環(huán)傳遞函數(shù)為 ? 半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一個典型的二階系
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