閉環(huán)伺服系統(tǒng)教案

20年月日第周課題第六章數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)第四節(jié)閉環(huán)伺服系統(tǒng)授課時數(shù)講課2課時教學目的知識目的：閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件及其調(diào)速，鑒相式伺服系統(tǒng)工作原理，鑒幅式伺服系統(tǒng)工作原理，數(shù)字脈沖比較式伺服系統(tǒng)工作原理。能力目的：理解閉環(huán)伺服系統(tǒng)的裝置及其系統(tǒng)，掌握常用的位置檢測裝置原理德育目的：使學生掌握數(shù)控伺服系統(tǒng)的基本理論體系、措施和應用工具；具有綜合運用所學知識，對的使用數(shù)控設備的能力；提高分析問題和動手動腦的綜合能力；為學習其他有關課程和未來從事數(shù)控技術方面的工程設計與開發(fā)打好必要的基礎。教學重點閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件的調(diào)速原理教學難點鑒相式、鑒幅式、數(shù)字脈沖比較式伺服系統(tǒng)的工作原理教具多媒體數(shù)控機床虛擬仿真軟件（伺服接線部分）教學措施情境教學法、案例分析、仿真演示法、小組討論法等措施教學進程及內(nèi)容說明課題引入：前面課程中我們已經(jīng)掌握了開環(huán)伺服系統(tǒng)及數(shù)控機床的檢測裝置的內(nèi)容；而我們目前所要學的第四節(jié)內(nèi)容就是要用開環(huán)伺服系統(tǒng)與檢測反饋裝置構成閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)是怎樣構成的？又是怎樣實現(xiàn)工作規(guī)定的？接下來我們這一課題要處理這個問題是閉環(huán)伺服系統(tǒng)。新內(nèi)容講解：第四節(jié)閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件1、對執(zhí)行元件的規(guī)定：1調(diào)速范圍寬，在整個調(diào)速范圍內(nèi)，輸出的運動有良好的穩(wěn)定性。2負載特性硬當負載變化時，輸出速度基本不變。有足夠的過載能力。3動態(tài)響應快在0.2秒內(nèi)到達穩(wěn)態(tài)精度。規(guī)定靜態(tài)、動態(tài)誤差小，反向死區(qū)小。4能頻繁啟、停及換向。2、直流伺服電動機1小慣量直流伺服電動機特點轉(zhuǎn)動慣量?。?）氣隙較大，換向性好；3）轉(zhuǎn)子上無槽——電感小，時間常數(shù)小，動態(tài)特性好，響應快，低速運轉(zhuǎn)穩(wěn)定而均勻；4）過載能力強；5）過載持續(xù)時間不長。2寬調(diào)速直流伺服電動機特點1）高轉(zhuǎn)距；2）調(diào)速范圍寬；3）動態(tài)響應好；4）過載能力強；5）易調(diào)試。3直流調(diào)速的三種措施1）變化電樞電壓調(diào)速度范圍寬，但需調(diào)壓設備。2）變化Rj變化磁通量變化Ke變化n3）變化Rt轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，電阻功耗大。4直流電動機的脈寬調(diào)速原理直流電機的調(diào)速措施重要是調(diào)整電樞電壓；脈寬調(diào)制變換器，它運用電力半導體器件的開關作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成較高頻率的方波電壓加在直流電動機的電樞上，通過對方波脈沖寬度的控制，變化加在電樞上的平均電壓，從而調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速。5直流速度控制調(diào)速系統(tǒng)SCR-M可控硅整流器-直流電機；特點是深調(diào)時，電流波形差，工作狀況惡化限制了調(diào)速范圍的提高。PWM-M法晶體管脈寬調(diào)制器-直流電機具有響應快，效率高，噪聲小，簡樸可靠的特點。3、交流伺服電動機1交流調(diào)速的特點1）容量范圍大，可到達更高的電壓和轉(zhuǎn)速；2）同體積，輸出功率>直流電機10%--70%；3）維護簡樸，結實耐用；4）調(diào)速精度高，完全和直流調(diào)速效果同樣；5）構造簡樸，成本底，無電刷和換向器磨損。2交流調(diào)速措施交流伺服電機轉(zhuǎn)速n調(diào)速的理論基礎異步電動機S0定子反電勢為：略去定子阻抗壓降，則端電壓：端電壓不變則轉(zhuǎn)矩為：3脈沖寬度調(diào)制PWM交流伺服電機重要采用變頻調(diào)速；長處：簡化主回路和控制回路，僅有一種可控功率級，輸出電壓、電流的波形近似于正弦，電機運行性能得以改善。缺陷：在低速時，高次諧波的影響較大，電機噪聲大；規(guī)定采用迅速性能的開關元件。圖1變頻調(diào)速電路原理框圖PWM逆變器電壓型變頻器工作原理結論：變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)壓的關鍵是逆變器控制端獲得規(guī)定的控制波形（如SPWM波）。4、矢量控制及直線電動機內(nèi)容由學生自學二、鑒相式伺服系統(tǒng)1.鑒相式伺服系統(tǒng)的工作原理鑒相式伺服系統(tǒng)圖1）鑒相式伺服系統(tǒng)的構成基準信號發(fā)生器輸出：一定頻率的脈沖信號作用：為伺服系統(tǒng)提供相位比較基準檢測元件及信號處理線路作用：檢測工作臺的位移，體現(xiàn)成與基準信號之間的相位差。措施：將基準信號作為激磁信號，輸出感應電壓，它與基準信號之間的相位差恰好反應工作臺的位移量。直流放大器鑒相器的輸出信號一般比較弱，不能直接驅(qū)動執(zhí)行元件，需進行電壓和功率放大。采用橋式電路2）鑒相式伺服系統(tǒng)的工作過程1一定數(shù)量頻率方向的指令脈沖被送入鑒相式伺服系統(tǒng)，在脈沖調(diào)相器中，調(diào)制成相對于基準信號的相位差，送入鑒相器。2在工作臺進給前，反饋信號與基準信號之間的相位差θ=0，也送入鑒相器。3在鑒相器中，兩信號相比較，得出了兩者之間的相位差ψ-θ（跟隨誤差）4將跟隨誤差放大后送入驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動工作臺移動5工作臺移動后，變化了反饋信號，變化了θ，再次送入鑒相器比較。若ψ=θ，闡明實際位移等于指令位移，這時也就不再需要移動工作臺；若ψ≠θ，繼續(xù)移動工作臺，直至ψ=θ系統(tǒng)平衡，工作臺不動。6在指令脈沖頻率高時，跟隨誤差就大，放大后輸給直流電機的電壓高，使轉(zhuǎn)速加緊。輸入反相脈沖時，指令信號相位差落后于檢測信號相位差…3）鑒相式伺服系統(tǒng)的重要控制線路1脈沖調(diào)相器的構成及工作原理2鑒相器的構成及工作原理三、鑒幅式伺服系統(tǒng)1鑒幅式伺服系統(tǒng)的工作原理及控制線路2鑒幅式伺服系統(tǒng)的工作方式四、數(shù)字脈沖比較式伺服系統(tǒng)1數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的構成工作過程：a.根據(jù)偏差進行控制b.數(shù)字脈沖數(shù)碼c.直接用可逆計數(shù)器d.數(shù)碼數(shù)字脈2數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的重要功能部件1）功能部件A．數(shù)字脈沖-數(shù)碼轉(zhuǎn)換器B．比較器數(shù)碼轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖線路圖作業(yè)布置：6-116-12教學反思：本課的知