數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1、第五章 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)一、定義：一、定義： 進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Feed Servo System)以移動(dòng)部件的以移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱位置隨動(dòng)系統(tǒng)、位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，又稱位置隨動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服機(jī)構(gòu)或伺服單元。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服機(jī)構(gòu)或伺服單元。 伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床主機(jī)的聯(lián)系環(huán)節(jié)，接收伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床主機(jī)的聯(lián)系環(huán)節(jié)，接收CNC裝裝置插補(bǔ)器發(fā)出的進(jìn)給脈沖或進(jìn)給位移量信息，經(jīng)過變換和放大置插補(bǔ)器發(fā)出的進(jìn)給脈沖或進(jìn)給位移量信息，經(jīng)過變換和放大由伺服電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，最后轉(zhuǎn)化為機(jī)床的直線或轉(zhuǎn)動(dòng)位移。由伺服電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，最后轉(zhuǎn)

2、化為機(jī)床的直線或轉(zhuǎn)動(dòng)位移。 第一節(jié) 概述 數(shù)控機(jī)床的伺服包括：數(shù)控機(jī)床的伺服包括：進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和和主軸伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)兩部分。根據(jù)兩部分。根據(jù)CNC發(fā)出的動(dòng)作指令，伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確、快速發(fā)出的動(dòng)作指令，伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確、快速地完成各坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，與主軸驅(qū)動(dòng)相配合，完成加地完成各坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，與主軸驅(qū)動(dòng)相配合，完成加工件的高精度加工。工件的高精度加工。 因此，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，其性能因此，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響零件的加工精度和生產(chǎn)效率，它的價(jià)格在的優(yōu)劣直接影響零件的加工精度和生產(chǎn)效率，它的價(jià)格在這個(gè)數(shù)控機(jī)床的成本構(gòu)成

3、中占有相當(dāng)大的份額。這個(gè)數(shù)控機(jī)床的成本構(gòu)成中占有相當(dāng)大的份額。 第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述1.1.調(diào)速范圍要寬調(diào)速范圍要寬 2.2.位移精度要高位移精度要高3.3.跟隨誤差要小跟隨誤差要小, ,響應(yīng)要快響應(yīng)要快4.4.穩(wěn)定性要好，可靠性要高。穩(wěn)定性要好，可靠性要高。一數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求一數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求二伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成二伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成 按控制理論分類按控制理論分類 開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)2. 按驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作原理分類按驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作原理分類 電液伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng) 電氣伺服系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)三伺服

4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類三伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類第一節(jié) 概述3. 按被控對(duì)象分類按被控對(duì)象分類 進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng) 主軸伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)4. 按反饋比較控制方式分類按反饋比較控制方式分類 脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng) 相位比較伺服系統(tǒng)相位比較伺服系統(tǒng) 幅值比較伺服系統(tǒng)幅值比較伺服系統(tǒng) 全數(shù)字伺服系統(tǒng)全數(shù)字伺服系統(tǒng)三伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類三伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類第一節(jié) 概述5. 5. 按執(zhí)行電動(dòng)機(jī)類型分類按執(zhí)行電動(dòng)機(jī)類型分類直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng) 在數(shù)控機(jī)床中使用的伺服電動(dòng)機(jī)有步進(jìn)在數(shù)控機(jī)床中使用的伺服電動(dòng)機(jī)有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)、直流伺

5、服電動(dòng)機(jī)、交流伺電動(dòng)機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)等。步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元直線電動(dòng)機(jī)等。步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件是件是步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)。第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般用于開環(huán)伺服系統(tǒng)中，沒有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般用于開環(huán)伺服系統(tǒng)中，沒有位置反饋環(huán)節(jié)，位置控制精度由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和進(jìn)位置反饋環(huán)節(jié)，位置控制精度由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給鏈來(lái)決定。給鏈來(lái)決定。 步進(jìn)電機(jī)的種類步進(jìn)電機(jī)的種類 按電機(jī)的結(jié)構(gòu)和材料分類按電機(jī)的結(jié)構(gòu)和材料分類 反應(yīng)式：反應(yīng)式：不用永久磁鐵，靠定子和轉(zhuǎn)子的軟鋼齒不用永久磁鐵，靠定子和轉(zhuǎn)子的軟鋼齒之閉的電磁引力產(chǎn)生力矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，步距角可之閉的電磁引力產(chǎn)生力矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，步距角可以做得很小，應(yīng)用最

6、廣。以做得很小，應(yīng)用最廣。 永磁式：永磁式：轉(zhuǎn)子有多條永久磁鐵組成，定子和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子有多條永久磁鐵組成，定子和轉(zhuǎn)子間的引力和斥力都產(chǎn)生力矩，功率密度大，但步間的引力和斥力都產(chǎn)生力矩，功率密度大，但步距角不可能做的很小。距角不可能做的很小。 混合式：混合式：結(jié)合上述兩種的優(yōu)點(diǎn)，永久磁鐵提高功結(jié)合上述兩種的優(yōu)點(diǎn)，永久磁鐵提高功率密度，細(xì)密的極齒減小步距角，但加工困難，率密度，細(xì)密的極齒減小步距角，但加工困難，成本高。成本高。第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件。機(jī)電執(zhí)行元件。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子和

7、和定子定子繞組組成。當(dāng)某相定子繞組由繞組組成。當(dāng)某相定子繞組由脈沖電流勵(lì)磁后，便能吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一個(gè)角度，即步脈沖電流勵(lì)磁后，便能吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一個(gè)角度，即步距角，每一個(gè)步距角對(duì)應(yīng)一個(gè)位移量，指令脈沖的頻率就對(duì)距角，每一個(gè)步距角對(duì)應(yīng)一個(gè)位移量，指令脈沖的頻率就對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的移動(dòng)速度。應(yīng)工作臺(tái)的移動(dòng)速度。第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制 步進(jìn)電機(jī)的原理步進(jìn)電機(jī)的原理 結(jié)論結(jié)論(1) 步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個(gè)確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步距角子便轉(zhuǎn)過一個(gè)確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)

8、的步距角 ；(2) 改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變；向隨之改變；(3) 步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高；(4) 步進(jìn)電機(jī)步距角步進(jìn)電機(jī)步距角 與定子繞組的相數(shù)與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)數(shù)z、通電方式、通電方式k有關(guān)，可用下式表示有關(guān)，可用下式表示 式中式中m相相m拍時(shí)，拍時(shí)，k=1；m相相2m拍時(shí)，拍時(shí)，k=2；依；依此類推。此類推。 第二

9、節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制 步進(jìn)電機(jī)的原理步進(jìn)電機(jī)的原理 0360mzk 步距角步距角 0.53，決定控制精度，是決定步進(jìn)伺服系統(tǒng)脈，決定控制精度，是決定步進(jìn)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)。沖當(dāng)量的重要參數(shù)。 啟動(dòng)頻率啟動(dòng)頻率 fq?？蛰d時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并進(jìn)入不丟步的空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行所允許的最高頻率正常運(yùn)行所允許的最高頻率 矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 。矩角特性是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)重要特性，它矩角特性是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)重要特性，它是指步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 與失調(diào)角與失調(diào)角 的的變化規(guī)律。變化規(guī)

10、律。 第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制 步進(jìn)電機(jī)的特性步進(jìn)電機(jī)的特性maxjMqMmaxjM 連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率 保證不丟步運(yùn)行的極限頻率保證不丟步運(yùn)行的極限頻率 加減速特性加減速特性 描述步進(jìn)電機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻描述步進(jìn)電機(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(shí)間的關(guān)系。態(tài)的變化頻率與時(shí)間的關(guān)系。 第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制 系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路+步進(jìn)電機(jī)組成，對(duì)工作臺(tái)位步進(jìn)電機(jī)組成，對(duì)工作臺(tái)位移、速度和運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控制。移、速度和運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行控制。第二節(jié) 步進(jìn)伺

11、服驅(qū)動(dòng)控制 步進(jìn)式伺服系統(tǒng)工作原理步進(jìn)式伺服系統(tǒng)工作原理1. 工作臺(tái)位移的控制工作臺(tái)位移的控制 進(jìn)給脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)給脈沖的個(gè)數(shù)N 定子繞組通電狀態(tài)變化次數(shù)定子繞組通電狀態(tài)變化次數(shù)N 角角位移位移= N 工作臺(tái)位移工作臺(tái)位移L= t/3602.工作臺(tái)進(jìn)給速度的控制工作臺(tái)進(jìn)給速度的控制進(jìn)給脈沖的頻率進(jìn)給脈沖的頻率f 定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率 f 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速工作臺(tái)的進(jìn)給速度工作臺(tái)的進(jìn)給速度v 3.工作臺(tái)方向的控制工作臺(tái)方向的控制定子繞組通電順序的改變定子繞組通電順序的改變-工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向改變工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向改變第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制 功能：功能：將一定頻率

12、將一定頻率f、數(shù)量、數(shù)量N和方向的進(jìn)給和方向的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)定子各相繞組通脈沖轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)定子各相繞組通斷電狀態(tài)變化的頻率、次數(shù)和順序的功率斷電狀態(tài)變化的頻率、次數(shù)和順序的功率信號(hào)。信號(hào)。 第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路1.脈沖混合電路脈沖混合電路將脈沖進(jìn)給、手動(dòng)進(jìn)給、手動(dòng)回原點(diǎn)、誤差補(bǔ)償?shù)然旌蠟閷⒚}沖進(jìn)給、手動(dòng)進(jìn)給、手動(dòng)回原點(diǎn)、誤差補(bǔ)償?shù)然旌蠟檎蚧蜇?fù)向脈沖進(jìn)給信號(hào)正向或負(fù)向脈沖進(jìn)給信號(hào)2. 加減脈沖分配電路加減脈沖分配電路將同時(shí)存在正向或負(fù)向脈沖合成為單一方向的進(jìn)給脈沖。將同時(shí)存在正向或負(fù)向脈沖合成為單一方向的進(jìn)給脈沖。3.加減速電

13、路加減速電路將單一方向的進(jìn)給脈沖調(diào)整為符合步進(jìn)電機(jī)加減速特性的將單一方向的進(jìn)給脈沖調(diào)整為符合步進(jìn)電機(jī)加減速特性的脈沖，頻率的變化要平穩(wěn)，加減速具有一定的時(shí)間常數(shù)脈沖，頻率的變化要平穩(wěn)，加減速具有一定的時(shí)間常數(shù)第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制4. 環(huán)形分配器環(huán)形分配器將來(lái)自加減速電路的一系列進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)將來(lái)自加減速電路的一系列進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)定子繞組通斷電的電平信號(hào)，電平信號(hào)狀態(tài)的改變次數(shù)及定子繞組通斷電的電平信號(hào)，電平信號(hào)狀態(tài)的改變次數(shù)及順序與進(jìn)給脈沖的個(gè)數(shù)及方向?qū)?yīng)。順序與進(jìn)給脈沖的個(gè)數(shù)及方向?qū)?yīng)。 常用電機(jī)有三、四、五相。常用電機(jī)有三、四、五相。 脈沖分配也可用軟件實(shí)現(xiàn)。脈

14、沖分配也可用軟件實(shí)現(xiàn)。5. 功率放大器功率放大器將環(huán)形分配器輸出的將環(huán)形分配器輸出的mA級(jí)電流進(jìn)行功率放大，一般由前級(jí)電流進(jìn)行功率放大，一般由前置放大器和功率放大器組成。置放大器和功率放大器組成。第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制四、提高步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精度的措施四、提高步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精度的措施影響步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精度的因素：影響步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精度的因素：步進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量步進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量機(jī)械傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量機(jī)械傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量控制線路控制線路由于受工藝和結(jié)構(gòu)的限制，常常從控制線路采取措施，由于受工藝和結(jié)構(gòu)的限制，常常從控制線路采取措施，通常采用的措施有：通常采用的措施有：細(xì)分電路細(xì)分電路

15、齒隙補(bǔ)償（反向間隙補(bǔ)償）齒隙補(bǔ)償（反向間隙補(bǔ)償）螺距誤差補(bǔ)償螺距誤差補(bǔ)償?shù)诙?jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制 1. 細(xì)分電路細(xì)分電路 把步進(jìn)電機(jī)的一步再分得細(xì)一些，減小脈沖當(dāng)量把步進(jìn)電機(jī)的一步再分得細(xì)一些，減小脈沖當(dāng)量 2.齒隙補(bǔ)償（反向間隙補(bǔ)償）齒隙補(bǔ)償（反向間隙補(bǔ)償） 原因原因：機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變方向時(shí)，：機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變方向時(shí)，由于間隙的存在，會(huì)引起步進(jìn)電機(jī)的空走；由于間隙的存在，會(huì)引起步進(jìn)電機(jī)的空走； 補(bǔ)償原理補(bǔ)償原理：對(duì)實(shí)際間隙進(jìn)行實(shí)測(cè)并保存，當(dāng)工作臺(tái)換向：對(duì)實(shí)際間隙進(jìn)行實(shí)測(cè)并保存，當(dāng)工作臺(tái)換向時(shí)增加輸出脈沖進(jìn)行補(bǔ)償。時(shí)增加輸出脈沖進(jìn)行補(bǔ)償。第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制O t圖5-15 細(xì)分前后一步角

16、位移波形圖 O t(a) 無(wú)細(xì)分 (b) 細(xì)分后(a) (b) 細(xì)分前后一步角位移波形圖（a） 無(wú)細(xì)分 （b） 細(xì)分后 3. 螺距誤差補(bǔ)償螺距誤差補(bǔ)償 原因原因：絲杠螺距存在制造誤差，會(huì)直接影響工作臺(tái)的位：絲杠螺距存在制造誤差，會(huì)直接影響工作臺(tái)的位置精度，需要進(jìn)行補(bǔ)償；置精度，需要進(jìn)行補(bǔ)償； 補(bǔ)償原理補(bǔ)償原理：對(duì)實(shí)際間隙進(jìn)行實(shí)測(cè)并保存，當(dāng)工作臺(tái)換向：對(duì)實(shí)際間隙進(jìn)行實(shí)測(cè)并保存，當(dāng)工作臺(tái)換向時(shí)增加輸出脈沖進(jìn)行補(bǔ)償。時(shí)增加輸出脈沖進(jìn)行補(bǔ)償。 實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法： 安置兩個(gè)補(bǔ)償桿安置兩個(gè)補(bǔ)償桿 按照螺距誤差在補(bǔ)償桿上設(shè)置擋塊按照螺距誤差在補(bǔ)償桿上設(shè)置擋塊 工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)行程開關(guān)與擋塊接觸工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)行程開

17、關(guān)與擋塊接觸時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制O誤 差脈 沖 數(shù)O誤 差補(bǔ) 償 脈 沖O機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng)脈 沖 數(shù)0.01 mm12-1-203AB微 動(dòng) 開 關(guān)補(bǔ) 償 桿 A補(bǔ) 償 桿 B負(fù) 補(bǔ) 償 脈 沖 A正 補(bǔ) 償 脈 沖 B圖 5-16 螺 距 誤 差 補(bǔ) 償 原 理l12曲 線 1 - 理 想 的 移 動(dòng) （ 沒 有 螺 距 的 誤 差 ） 曲 線 2 - 實(shí) 際 的 移 動(dòng) （ 有 螺 距 的 誤 差 ）曲 線 3 - 補(bǔ) 償 前 的 誤 差 曲 線曲 線 3 - 補(bǔ) 償 后 的 誤 差 曲 線第二節(jié) 步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制曲線1理想的移動(dòng)（沒有螺距誤差） 曲線2實(shí)際的移動(dòng)

18、（有螺距的誤差）曲線3補(bǔ)償前的誤差曲線 曲線4補(bǔ)償后的誤差曲線第三節(jié) 閉環(huán)伺服控制原理與系統(tǒng)閉環(huán)控制的特點(diǎn)：工作可靠，抗干擾性強(qiáng)，精度高，但增加了位閉環(huán)控制的特點(diǎn)：工作可靠，抗干擾性強(qiáng)，精度高，但增加了位置檢測(cè)、反饋、比較等環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy。置檢測(cè)、反饋、比較等環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy。一、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件一、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件數(shù)控系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件數(shù)控系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件（能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)轉(zhuǎn)換）（能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)轉(zhuǎn)換）的要求：的要求： 盡可能減少電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以提高系統(tǒng)的快速動(dòng)態(tài)盡可能減少電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以提高系統(tǒng)的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)；響應(yīng)； 盡可能提高電機(jī)的過載能力，以適應(yīng)經(jīng)常出現(xiàn)的沖擊盡

19、可能提高電機(jī)的過載能力，以適應(yīng)經(jīng)常出現(xiàn)的沖擊現(xiàn)象；現(xiàn)象； 盡可能提高電機(jī)低速運(yùn)行的穩(wěn)定性和均勻性，以保證盡可能提高電機(jī)低速運(yùn)行的穩(wěn)定性和均勻性，以保證低速時(shí)伺服系統(tǒng)的精度。低速時(shí)伺服系統(tǒng)的精度。1. 直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)第三節(jié) 閉環(huán)伺服控制原理與系統(tǒng)直流伺服電機(jī)與普通直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)是一樣的，直流伺服電機(jī)與普通直流電機(jī)的工作原理與基本結(jié)構(gòu)是一樣的，從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上可以分為有刷和無(wú)刷兩種基本類型。兩者的靜態(tài)特性和從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上可以分為有刷和無(wú)刷兩種基本類型。兩者的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性完全相同，控制方法也相同。動(dòng)態(tài)特性完全相同，控制方法也相同。常用的直流電機(jī)多為大功率直流伺服電機(jī)，如低慣量

20、電機(jī)和寬常用的直流電機(jī)多為大功率直流伺服電機(jī)，如低慣量電機(jī)和寬調(diào)速電機(jī)等。調(diào)速電機(jī)等。(1) 低慣量直流伺服電機(jī)低慣量直流伺服電機(jī)。主要有無(wú)槽電樞直流伺服電機(jī)及其他一些。主要有無(wú)槽電樞直流伺服電機(jī)及其他一些類型的電機(jī)。無(wú)槽電樞直流伺服電機(jī)的工作原理與一般直流電機(jī)相同，類型的電機(jī)。無(wú)槽電樞直流伺服電機(jī)的工作原理與一般直流電機(jī)相同，其結(jié)構(gòu)的其結(jié)構(gòu)的差別差別和和特點(diǎn)特點(diǎn)是：電樞鐵心是光滑無(wú)槽的圓體，電樞繞組用環(huán)是：電樞鐵心是光滑無(wú)槽的圓體，電樞繞組用環(huán)氧樹脂固化成型并粘結(jié)在電樞鐵心表面上，電樞的長(zhǎng)度與外徑之比在氧樹脂固化成型并粘結(jié)在電樞鐵心表面上，電樞的長(zhǎng)度與外徑之比在5倍以上，氣隙尺寸比一般的直流

21、電機(jī)大倍以上，氣隙尺寸比一般的直流電機(jī)大10倍以上。它的輸出功率在倍以上。它的輸出功率在幾十瓦至幾十瓦至10 kW以內(nèi)。主要用于要求快速動(dòng)作、功率較大的系統(tǒng)。以內(nèi)。主要用于要求快速動(dòng)作、功率較大的系統(tǒng)。 (2) 寬調(diào)速直流力矩電機(jī)寬調(diào)速直流力矩電機(jī)。這種電機(jī)用提高轉(zhuǎn)矩的方法來(lái)改善其。這種電機(jī)用提高轉(zhuǎn)矩的方法來(lái)改善其動(dòng)態(tài)性能。它的結(jié)構(gòu)形式與一般直流電機(jī)相似，通常采用他激式。動(dòng)態(tài)性能。它的結(jié)構(gòu)形式與一般直流電機(jī)相似，通常采用他激式。目前幾乎都用永磁式電樞控制。目前幾乎都用永磁式電樞控制。直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理 =調(diào)速方法調(diào)速方法： 改變電樞電壓改變電樞電壓V改變電勢(shì)系數(shù)（實(shí)際

22、是改變勵(lì)磁回路參數(shù)）改變電勢(shì)系數(shù)（實(shí)際是改變勵(lì)磁回路參數(shù)）改變電阻（串聯(lián)電阻）改變電阻（串聯(lián)電阻）第三節(jié) 閉環(huán)伺服控制原理與系統(tǒng)V RaV RaKt KtKvKt KtKvM M- -直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理目前使用最廣泛的是脈寬調(diào)速目前使用最廣泛的是脈寬調(diào)速PWM（改變電樞電壓（改變電樞電壓V）第三節(jié) 閉環(huán)伺服控制原理與系統(tǒng) 直流伺服電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：直流伺服電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：直流伺服電機(jī)具有優(yōu)良的控制特性，單一通過控制電直流伺服電機(jī)具有優(yōu)良的控制特性，單一通過控制電機(jī)的輸入電壓就可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，負(fù)載力矩對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)機(jī)的輸入電壓就可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，負(fù)載力矩對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響相對(duì)較

23、小，電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性較好，能滿足伺服速的影響相對(duì)較小，電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性較好，能滿足伺服系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)的要求，正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，使得伺服電機(jī)系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)的要求，正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，使得伺服電機(jī)在數(shù)控機(jī)床及其他數(shù)控設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。在數(shù)控機(jī)床及其他數(shù)控設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。第三節(jié) 閉環(huán)伺服控制原理與系統(tǒng)2. 交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)用三相正弦電流驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)，按工作原理分為：用三相正弦電流驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)，按工作原理分為：永磁同步型（永磁同步型（SM型）型）異步感應(yīng)型（異步感應(yīng)型（IM型）型）AC伺服電機(jī)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，體積較小，伺服電機(jī)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，體積較小，重量較輕，沒有整流子機(jī)械換向，

24、遠(yuǎn)比重量較輕，沒有整流子機(jī)械換向，遠(yuǎn)比DC伺服電機(jī)便于伺服電機(jī)便于維護(hù)，但速度的控制方法比維護(hù)，但速度的控制方法比DC伺服電機(jī)要復(fù)雜的多，對(duì)伺服電機(jī)要復(fù)雜的多，對(duì)控制元件的容量及速度的要求也很高?？刂圃娜萘考八俣鹊囊笠埠芨?。AC伺服電機(jī)（包伺服電機(jī)（包括伺服單元）的價(jià)格高于同等括伺服單元）的價(jià)格高于同等DC伺服電機(jī)。伺服電機(jī)。第三節(jié) 閉環(huán)伺服控制原理與系統(tǒng)第三節(jié) 閉環(huán)伺服控制原理與系統(tǒng)交流伺服電機(jī)的控制方法交流伺服電機(jī)的控制方法 幅值控制、相位控制和幅值相位混合控制幅值控制、相位控制和幅值相位混合控制 鑒相式伺服系統(tǒng)鑒相式伺服系統(tǒng) 鑒相式伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床中使用較多的一種位置控制系統(tǒng)，它

25、鑒相式伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床中使用較多的一種位置控制系統(tǒng)，它是采用相位比較的方式實(shí)現(xiàn)閉環(huán)（半閉環(huán)）控制的伺服系統(tǒng)。是采用相位比較的方式實(shí)現(xiàn)閉環(huán)（半閉環(huán)）控制的伺服系統(tǒng)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作可靠，抗干擾性強(qiáng)，精度高，由于增加了位置檢測(cè)、反工作可靠，抗干擾性強(qiáng)，精度高，由于增加了位置檢測(cè)、反饋、比較等元件，與步進(jìn)式伺服系統(tǒng)相比它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)饋、比較等元件，與步進(jìn)式伺服系統(tǒng)相比它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)試較困難。試較困難。鑒相式伺服系統(tǒng)的基本組成鑒相式伺服系統(tǒng)的基本組成第三節(jié) 閉環(huán)伺服控制原理與系統(tǒng) 各組成部分的功能介紹各組成部分的功能介紹1.基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器2.脈沖調(diào)相器脈沖調(diào)相器3.檢測(cè)元件及信號(hào)處理線路檢測(cè)元件及信號(hào)處理線路4.鑒相器鑒相器 鑒相器的輸入信號(hào)有兩路，一路