數(shù)控技術(shù)第七章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)課件

1、第七章 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)7/24/202217.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型7.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7.3直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7.4交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7.5主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)習(xí)與思考題7/24/202227.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型7.1.1進(jìn)給伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求7.1.2開環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)7.1.3按電動(dòng)機(jī)分類的伺服系統(tǒng)7/24/20223概 述 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概念1. 什么是伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，亦稱伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 7/24/20224數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是CNC

2、裝置和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，作用在于接收來自數(shù)控裝置的指令信號，驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件跟隨指令信號運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)作的快速和準(zhǔn)確。CNC裝置發(fā)出的控制信息通過伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)，完成程序所規(guī)定的操作。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用歸納如下：(1) 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能放大控制信號，具有輸出功率的能力；(2) 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)CNC裝置發(fā)出的控制信息對機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度進(jìn)行控制。 7/24/202252. 數(shù)控機(jī)床對伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求數(shù)控機(jī)床的性能在很大程度上取決伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，對伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要要求如下：1) 可逆運(yùn)行可逆運(yùn)行要求能靈活地正反向運(yùn)行。在加工過程中，

3、機(jī)床工作臺處于隨機(jī)狀態(tài)，根據(jù)加工軌跡的要求，隨時(shí)都可能實(shí)現(xiàn)正向或反向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)要求在方向變化時(shí)，不應(yīng)有反向間隙和運(yùn)動(dòng)的損失。 7/24/202262) 進(jìn)給調(diào)速范圍要寬為適應(yīng)不同的加工條件，例如加工用刀具、被加工材料及零件加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)必須具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。 7/24/202273) 位置精度要高 使用數(shù)控機(jī)床主要是為了保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性，減少廢品率；解決復(fù)雜曲面零件的加工問題；解決復(fù)雜零件的加工精度問題，縮短制造周期等。為了滿足這些要求，關(guān)鍵之一是保證數(shù)控機(jī)床的定位精度和加工精度。數(shù)控機(jī)床在加工時(shí)免除了操作者的人為誤差，它

4、是按預(yù)先的程序自動(dòng)進(jìn)行加工，不可能應(yīng)付事先沒有預(yù)料到的情況。就是說，數(shù)控機(jī)床不能像普通機(jī)床那樣，可隨時(shí)用手動(dòng)操作來調(diào)整和補(bǔ)償各種因素對加工精度的影響。因此，要求定位精度和輪廓切削精度能達(dá)到數(shù)控機(jī)床要求的指標(biāo)。為此，在位置控制中要求具有高的定位精度，如精確到1m甚至0.1m。在速度控制中，要求具有很高的調(diào)速精度和很強(qiáng)的抗干擾的能力，即要求工作穩(wěn)定性要好。 7/24/20228 4) 速度響應(yīng)要快 為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。一方面，要求過渡過程時(shí)間要短，一般在200 ms以內(nèi)，甚至有時(shí)需要小于

5、幾十毫秒；另一方面，要使過渡過程的前沿陡，即上升率要大。 7/24/202295) 低速大轉(zhuǎn)矩根據(jù)數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)，大都是在低速進(jìn)行重切削，即在低速時(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。這要求使動(dòng)力源盡量靠近機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使傳動(dòng)裝置機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)簡化，系統(tǒng)剛性增加，傳動(dòng)精度提高。 7/24/2022107.1.2開環(huán)和閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)1開環(huán)控制系統(tǒng)圖71 開環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖7/24/2022112半閉環(huán)控制系統(tǒng)圖72 半閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖7/24/2022123閉環(huán)控制系統(tǒng) 圖73 閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖7/24/2022134混合控制系統(tǒng) 圖74 混合閉環(huán)控制的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7/24/202

6、2147.1.3按電動(dòng)機(jī)分類的伺服系統(tǒng)1步進(jìn)伺服系統(tǒng)2直流伺服系統(tǒng)3交流伺服系統(tǒng)4直線伺服系統(tǒng)7/24/2022157.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7.2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)類型7.2.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理7.2.3反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)7.2.4驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成7.2.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)7.2.6步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用7/24/202216步進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的一種機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角與輸入的電脈沖數(shù)成正比，它的速度與脈沖頻率成正比，而運(yùn)動(dòng)方向是由步進(jìn)電機(jī)通電的順序所決定的。7/24/2022177.2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

7、類型7/24/2022187/24/2022193步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖75 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 圖76 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的齒距7/24/202220步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性 7/24/202221步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子組成。定子上有A、B、C三對繞組磁極，分別稱為A相、B相、C相。轉(zhuǎn)子是硅鋼片等軟磁材料迭合成的帶齒廓形狀的鐵芯。這種步進(jìn)電機(jī)稱為三相步進(jìn)電機(jī)。如果在定子的三對繞組中通直流電流，就會(huì)產(chǎn)生磁場。當(dāng)A、B、C三對磁極的繞組依次輪流通電，則A、B、C三對磁極依次產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 7/24/202222圖77 五定子反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 圖78 一段定子、

8、轉(zhuǎn)子及磁電路7/24/202223反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理 7/24/202224步進(jìn)電機(jī)工作原理 7/24/2022257.2.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理圖79 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖三相步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。 7/24/202226a ) b ) c）圖710 三相單三拍的工作過程7/24/202227若按ABC通電相序連續(xù)通電，則步進(jìn)電機(jī)就連續(xù)地沿逆時(shí)針方向旋動(dòng)，每換接一次通電相序，步進(jìn)電機(jī)沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過30， 即步距角為30。如果步進(jìn)電機(jī)定子磁極通電相序按ACB進(jìn)行，則轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。上述通電方式稱為三相單三拍通電方式。所謂“單”是指

9、每次只有一相繞組通電的意思。從一相通電換接到另一相通電稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，故所謂“三拍”是指通電換接三次后完成一個(gè)通電周期。 7/24/202228a ) b )圖711 三相單雙六拍的工作過程7/24/202229圖4-3 三相六拍通電方式工作原理 7/24/202230還有一種通電方式稱為三相六拍通電方式，即按照AABBBCCCA相序通電，工作原理如圖4-3所示。如果相通電，1、3齒與A相磁極對齊。當(dāng)A、B兩相同時(shí)通電，因A極吸引1、3齒，極吸引2、4齒，轉(zhuǎn)子逆時(shí)旋轉(zhuǎn)15。隨后A相斷電，只有B相通電，轉(zhuǎn)子又逆時(shí)旋轉(zhuǎn)15，2、4齒與B相磁極對齊。如果繼續(xù)按BCCCAA的相序通

10、電，步進(jìn)電機(jī)就沿逆時(shí)針方向，以15的步距角一步一步移動(dòng)。這種通電方式采用單、雙相輪流通電，在通電換接時(shí)，總有一相通電，所以工作比較平穩(wěn)。 7/24/2022317/24/202232實(shí)際使用的步進(jìn)電機(jī)，一般都要求有較小的步距角。因?yàn)椴骄嘟窃叫∷_(dá)到的位置精度越高。圖是步進(jìn)電機(jī)實(shí)例。圖中轉(zhuǎn)子上有40個(gè)齒，相鄰兩個(gè)齒的齒距角360/409。三對定子磁極均勻分布在圓周上，相鄰磁極間的夾角為60。定子的每個(gè)磁極上有5個(gè)齒，相鄰兩個(gè)齒的齒距角也是9。因?yàn)橄噜彺艠O夾角(60)比7個(gè)齒的齒距角總和(9763)小3，而120比14個(gè)齒的齒距角總和(914126)小6，這樣當(dāng)轉(zhuǎn)子齒和A相定子齒對齊時(shí)，B相齒相

11、對轉(zhuǎn)子齒逆時(shí)針方向錯(cuò)過3，而C相齒相對轉(zhuǎn)子齒逆時(shí)針方向錯(cuò)過6。按照此結(jié)構(gòu)，采用三相單三拍通電方式時(shí)，轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向，以3步距角轉(zhuǎn)動(dòng)。采用三相六拍通電方式時(shí)，則步距角減為1.5。如通電相序相反，則步進(jìn)電機(jī)將沿著順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 7/24/202233步進(jìn)電機(jī)實(shí)例 7/24/202234步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的主要特點(diǎn)如下：(1) 步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，故控制輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)就能控制位移量。(2) 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率成正比，只要控制脈沖頻率就能調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。(3) 當(dāng)停止送入脈沖時(shí)，只要維持繞組內(nèi)電流不變，電機(jī)軸可以保持在某固定位置上，不需要機(jī)械制

12、動(dòng)裝置。 7/24/202235(4) 改變通電相序即可改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。(5) 步進(jìn)電機(jī)存在齒間相鄰誤差，但是不會(huì)產(chǎn)生累積誤差。(6) 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)和停止迅速。由于步進(jìn)電機(jī)有這些特點(diǎn)，所以在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。 7/24/2022367.2.3反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)1步距角及步距精度2最大靜轉(zhuǎn)矩 Tmax與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq3加減速特性4連續(xù)運(yùn)行頻率7/24/202237步進(jìn)電機(jī)的最大負(fù)載能力 7/24/202238 當(dāng)電機(jī)所帶負(fù)載 時(shí)，A相通電，工作點(diǎn)在m點(diǎn)，在此點(diǎn)MAmML。當(dāng)勵(lì)磁電流從A相切換到B相，而轉(zhuǎn)子在點(diǎn)位置時(shí)，B相勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是MBmML，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，前

13、進(jìn)到點(diǎn)時(shí)，MBnML，轉(zhuǎn)子到達(dá)新的平衡位置。顯然，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不可能大于A、B兩交點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩Mq ，否則轉(zhuǎn)子無法轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生“失步”現(xiàn)象。不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不同，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩如表4-2所示。 7/24/202239表4-2 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 7/24/202240空載啟動(dòng)頻率fq 步進(jìn)電機(jī)在空載情況下，不失步啟動(dòng)所能允許的最高頻率稱為空載啟動(dòng)頻率。在有負(fù)載情況下，不失步啟動(dòng)所能允許的最高頻率將大大降低。例如70BF3型步進(jìn)電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率是1400 Hz，負(fù)載達(dá)到最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax的0. 5倍時(shí)，降為50 Hz。為了縮短啟動(dòng)時(shí)間，可使加到電機(jī)上的電脈沖頻率按一定速率逐漸增加。 7/24/20

14、2241運(yùn)行矩頻特性與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 在步進(jìn)電機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，若輸入脈沖的頻率逐漸增加，則電機(jī)所能帶動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩將逐漸下降，如圖所示，圖中的曲線稱為步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線。可見，矩頻特性曲線是描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩與運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。在不同頻率下步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。 7/24/202242運(yùn)行矩頻特性 7/24/202243 低頻區(qū)： 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行為連續(xù)的單步運(yùn)動(dòng)， 每次換相時(shí)， 轉(zhuǎn)子都要來回振蕩若干次， 如圖9.6(a)所示。 高頻區(qū)： 這時(shí)脈沖間隔短， 前一步還沒有振蕩結(jié)束， 后一個(gè)脈沖就已經(jīng)到來， 從而使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)平滑地轉(zhuǎn)動(dòng)， 運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)， 如圖所示。 共振區(qū)

15、: 當(dāng)脈沖頻率介于低頻和高頻之間且接近電動(dòng)機(jī)本身固有的振蕩頻率時(shí)， 電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的振蕩， 甚至“走一步退兩步”， 左右搖擺， 無法正常工作， 這種情況應(yīng)設(shè)法避免。 7/24/202244 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 (a) 低頻區(qū)； (b) 高頻區(qū) 7/24/2022454.2.4 步進(jìn)電機(jī)的選用 合理選用步進(jìn)電機(jī)是相當(dāng)重要的，通常希望步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率高，步距誤差小，性能價(jià)格比高。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，因此實(shí)際選用時(shí)，必須全面考慮。首先，應(yīng)考慮系統(tǒng)的精度和速度的要求。為了提高精度，需要脈沖當(dāng)量小，但是脈沖當(dāng)量越小，系統(tǒng)的運(yùn)行速度越低，故

16、應(yīng)兼顧精度與速度的要求來選定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量。在脈沖當(dāng)量確定以后，又可以此為依據(jù)來選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。 7/24/202246步進(jìn)電機(jī)有兩條重要的特性曲線，即反映啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的曲線和反映轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間關(guān)系的曲線。這兩條曲線是選用步進(jìn)電機(jī)的重要依據(jù)。一般將反映起啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的曲線稱之為啟動(dòng)矩頻特性，將反映轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間關(guān)系的曲線稱為工作矩頻特性。已知負(fù)載轉(zhuǎn)矩，可以在啟動(dòng)矩頻特性曲線中查出啟動(dòng)頻率。這是啟動(dòng)頻率的極限值，實(shí)際使用時(shí)，只要啟動(dòng)頻率小于或等于這一極限值，步進(jìn)電機(jī)就可以直接帶負(fù)載啟動(dòng)。 7/24/202247若已知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的

17、連續(xù)運(yùn)行頻率，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，又是稱其為失步轉(zhuǎn)矩。也就是說，若步進(jìn)電機(jī)以頻率運(yùn)行，它所拖動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須小于Mdm，否則就會(huì)導(dǎo)致失步。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行可分為兩種情況：快速進(jìn)給和切削進(jìn)給。這兩種情況下，對轉(zhuǎn)矩和進(jìn)給速度有不同的要求。我們選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)應(yīng)注意使其在兩種情況下都能滿足要求。 7/24/202248 假若要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置有如下性能：切削進(jìn)給時(shí)的轉(zhuǎn)矩為，最大切削進(jìn)給速度為ve；在快速進(jìn)給時(shí)的轉(zhuǎn)矩為，最大快進(jìn)速度為vk。我們可按下面的步驟來檢查步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能否滿足要求。 首先，依據(jù)下式，將進(jìn)給速度值轉(zhuǎn)變成電機(jī)的工作頻率。式中，v為進(jìn)給速度(m/mi

18、n)；為脈沖當(dāng)量(mm)；f為步進(jìn)電機(jī)工作頻率。 在上式中，若將最大切削進(jìn)給速度ve代入，可求得在切削進(jìn)給時(shí)的最大工作頻率；若將最大快速進(jìn)給速度vk代入，就可求得在快速進(jìn)給時(shí)的最大工作頻率。 7/24/2022491一臺三相六拍運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z48，已知電機(jī)運(yùn)行速度為125（轉(zhuǎn)/分）求： 寫出正反向電機(jī)通電順序； 求步距角和電機(jī)控制的脈沖頻率。 7/24/202250步進(jìn)電機(jī)的控制 1. 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 由前述可知，步進(jìn)電機(jī)的工作方式和一般電機(jī)不同，是采用脈沖控制方式工作的。只有按一定規(guī)律對各項(xiàng)繞組輪流通電，步進(jìn)電機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床中采用的功率步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五相和六

19、相等。工作方式有單m拍，雙m拍、三m拍及2m拍等，m是電機(jī)的相數(shù)。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(shí)用兩相通電，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12相通電或23相通電，循環(huán)拍數(shù)為2m，如表4-5所示。一般電機(jī)的相數(shù)越多，工作方式也越多。若按表4-5中相反的順序通電，則電機(jī)反轉(zhuǎn)。 7/24/202251表4-5 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作方式 7/24/2022527.2.4驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成圖715 步進(jìn)式伺服系統(tǒng)原理框圖（1）工作臺位移量的控制（2）工作臺進(jìn)給速度的控制（3）工作臺運(yùn)動(dòng)方向的控制 7

20、/24/2022532. 步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)由于采用脈沖方式工作，且各相需要按照一定規(guī)律分配脈沖，因此，在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，需要脈沖分配邏輯和脈沖產(chǎn)生邏輯。脈沖的多少需要根據(jù)控制對象的運(yùn)行軌跡計(jì)算得到，因此還需要插補(bǔ)運(yùn)算器。數(shù)控機(jī)床所用的功率步進(jìn)電機(jī)要求控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須有足夠的驅(qū)動(dòng)功率，所以還要求有功率驅(qū)動(dòng)部分。為了保證步進(jìn)電機(jī)不失步的啟/停，要求控制系統(tǒng)具有升降速控制環(huán)節(jié)。7/24/2022547.2.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)1環(huán)形分配器 圖716 三相六拍環(huán)形分配器 7/24/2022552功率放大 圖717 單電壓驅(qū)動(dòng)電路原理圖 7/24/202256圖718 高低壓驅(qū)動(dòng)電路原

21、理圖7/24/2022577.2.6步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 圖722 選擇電機(jī)的一般步驟7/24/2022587.3直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)7.3.1SCR速度控制系統(tǒng)7.3.2PWM 速度控制系統(tǒng)7/24/2022594.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 直流伺服電動(dòng)機(jī)分類 1. 改進(jìn)型直流電動(dòng)機(jī)如果把傳統(tǒng)用的直流電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、增大其過載能力、改進(jìn)其換向性能，使它在靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性方面有所改善，就可成為數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)。在早期的歐美數(shù)控機(jī)床中較多采用這種改進(jìn)型的直流電動(dòng)機(jī)。 7/24/2022602. 永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)由于永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)能在較大過載轉(zhuǎn)矩下長期地工作以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子

22、慣量較前述兩種電動(dòng)機(jī)都大，因此它能直接與絲杠相連而不需要中間傳動(dòng)裝置。而且因?yàn)闊o勵(lì)磁回路損耗，所以它的外形尺寸比與其相類似的勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)小。它還有一個(gè)特點(diǎn)是可在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)，如能在1 r/min甚至在0.1 r/min下平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，這種電動(dòng)機(jī)在數(shù)控機(jī)床上獲得了廣泛的應(yīng)用。自20世紀(jì)70年代至80年代中期，在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中，它占據(jù)著絕對統(tǒng)治地位，至今，許多數(shù)控機(jī)床上仍然使用永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)。 7/24/2022617/24/2022624. 無刷直流電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)也叫無換向器直流電動(dòng)機(jī)，是由同步電動(dòng)機(jī)和逆變器組成，而逆變器是由裝在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子位置傳感器控制，因此，它實(shí)質(zhì)上是交流調(diào)

23、速電動(dòng)機(jī)的一種。由于這種電動(dòng)機(jī)的性能達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)的水平，又取消了換向器及電刷部件，使電動(dòng)機(jī)壽命大約提高了一個(gè)數(shù)量級，因此多年來引起了人們很大的興趣。下面以永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)為例簡單介紹直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。 7/24/202263 2. 工作原理 永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與普通直流電機(jī)相同。用永久磁鐵代替普通直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組和磁極鐵芯，在電機(jī)氣隙中建立主磁通，產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電磁轉(zhuǎn)矩。圖示為永磁他激直流伺服電動(dòng)機(jī)電路原理。 他激直流伺服電機(jī)電路原理圖 7/24/202264電機(jī)電樞電路的電壓平衡方程式為 (4-1) 感應(yīng)電動(dòng)勢為 (4-2) 由以上兩個(gè)方程可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性 (4-3) 式中U為電動(dòng)機(jī)電樞回路外加