《數(shù)控原理伺服》課件

數(shù)控原理及伺服系統(tǒng)本課程介紹數(shù)控原理和伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)。涵蓋數(shù)控系統(tǒng)組成、運動控制、伺服電機、伺服驅(qū)動器等內(nèi)容。by課程內(nèi)容介紹數(shù)控原理講解數(shù)控系統(tǒng)的基本概念和工作原理，包括數(shù)控系統(tǒng)的組成，運動控制方法，伺服系統(tǒng)等。伺服技術(shù)深入介紹伺服系統(tǒng)的類型，如直流伺服，交流伺服，步進電機等。探討伺服系統(tǒng)的組成，控制方式，調(diào)試方法等。典型案例通過分析實際應(yīng)用案例，展現(xiàn)數(shù)控原理和伺服技術(shù)在工業(yè)自動化中的應(yīng)用，幫助學(xué)生理解知識的實際應(yīng)用價值。什么是數(shù)控原理數(shù)控原理是指數(shù)控機床的工作原理。它涉及數(shù)控系統(tǒng)的組成、控制方法、運動控制、伺服系統(tǒng)等內(nèi)容。數(shù)控原理是理解數(shù)控機床工作的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的關(guān)鍵。數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)控裝置數(shù)控裝置是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心，負責(zé)接收加工程序，并根據(jù)程序控制機床運動。伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)包括伺服電機、伺服驅(qū)動器和反饋裝置，負責(zé)將數(shù)控裝置的指令轉(zhuǎn)換成機床的實際運動。機床本體機床本體是數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行加工任務(wù)的載體，包括機床的床身、主軸、進給機構(gòu)等。工具系統(tǒng)工具系統(tǒng)包括刀具、刀柄和刀庫，負責(zé)完成實際的加工操作。常用數(shù)控系統(tǒng)FANUCFANUC是全球領(lǐng)先的數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商之一。其系統(tǒng)以穩(wěn)定性和可靠性著稱，在汽車制造、航空航天等行業(yè)廣泛應(yīng)用。西門子西門子數(shù)控系統(tǒng)具有強大的功能和靈活的擴展性，在機械加工、電子制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。三菱三菱數(shù)控系統(tǒng)以高性價比和易用性著稱，在中小企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。海德漢海德漢數(shù)控系統(tǒng)以高精度和高性能著稱，在精密加工領(lǐng)域擁有良好的聲譽。伺服原理基礎(chǔ)伺服系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)的一種，其主要作用是控制執(zhí)行機構(gòu)的位置、速度和加速度。伺服系統(tǒng)通常由伺服電機、伺服驅(qū)動器、反饋設(shè)備和控制器等組成。伺服系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、機器人、航空航天等領(lǐng)域。伺服電機種類直流伺服電機結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，響應(yīng)速度快。廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、機器人等領(lǐng)域。交流伺服電機體積小，效率高，轉(zhuǎn)矩大，運行穩(wěn)定。應(yīng)用于高精度數(shù)控機床、自動化生產(chǎn)線等。步進電機旋轉(zhuǎn)角度精確，定位精度高。適合用于精密儀器、自動控制系統(tǒng)等。直流伺服電機直流伺服電機是一種重要的執(zhí)行機構(gòu)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、機器人等自動化設(shè)備。直流伺服電機以其結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、控制精度高、運行平穩(wěn)等優(yōu)勢，在工業(yè)自動化領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。直流伺服電機通常由定子、轉(zhuǎn)子、電刷和換向器組成，通過電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動負載運動。交流伺服電機交流伺服電機是一種利用交流電來驅(qū)動的電機，它可以提供高精度、高效率、高響應(yīng)速度的控制性能。在數(shù)控系統(tǒng)中，交流伺服電機被廣泛應(yīng)用于位置控制、速度控制和力矩控制。交流伺服電機通常采用三相繞組結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)速可以根據(jù)輸入信號的頻率和相位進行調(diào)節(jié)。與直流伺服電機相比，交流伺服電機具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、可靠性高的優(yōu)點。步進電機旋轉(zhuǎn)運動步進電機通過電脈沖控制旋轉(zhuǎn)角度，可實現(xiàn)精細定位和控制。結(jié)構(gòu)簡單步進電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和維護。應(yīng)用廣泛步進電機廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、自動控制、打印機等領(lǐng)域。電機選型原則11.負載類型考慮負載的類型，如慣量、摩擦力等，確定電機所需輸出功率和扭矩。22.速度要求根據(jù)所需的運動速度和加速度，確定電機所需的速度范圍和響應(yīng)時間。33.精度需求根據(jù)運動精度要求，選擇電機精度等級，如位置精度、速度精度等。44.工作環(huán)境考慮工作環(huán)境的溫度、濕度、振動等因素，選擇合適的電機防護等級和工作溫度范圍。伺服驅(qū)動器組成功率模塊功率模塊是伺服驅(qū)動器的核心，負責(zé)將直流電源轉(zhuǎn)換為可驅(qū)動伺服電機運行所需的交流電流?？刂齐娐房刂齐娐坟撠?zé)接收來自控制器或編碼器的信號，并生成相應(yīng)的控制指令，控制功率模塊輸出的電流和電壓。反饋電路反饋電路負責(zé)將伺服電機的位置、速度、電流等信息反饋給控制電路，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性。通信接口通信接口負責(zé)與控制器、編碼器和其他外部設(shè)備進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制指令的傳遞。伺服驅(qū)動器功能11.功率放大將控制信號放大為電機所需的驅(qū)動電流。22.電流控制精準控制電機電流，確保電機平穩(wěn)運行。33.位置和速度控制根據(jù)反饋信號實現(xiàn)精確的位置和速度控制。44.報警和保護監(jiān)測電機運行狀態(tài)，并提供過流、過壓等保護功能。反饋設(shè)備概述反饋設(shè)備是伺服系統(tǒng)的重要組成部分，用于將實際執(zhí)行機構(gòu)的位置、速度和電流等信息反饋給控制系統(tǒng)。通過反饋信號，控制系統(tǒng)可以實時了解執(zhí)行機構(gòu)的實際運動狀態(tài)，并根據(jù)偏差進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)精確控制。常用的反饋設(shè)備包括編碼器、傳感器等，它們可以將機械量轉(zhuǎn)換為電信號，方便控制系統(tǒng)處理和分析。編碼器類型絕對值編碼器絕對值編碼器可以記錄電機旋轉(zhuǎn)的絕對位置。即使斷電后再次通電，它也能準確指示電機的位置。增量式編碼器增量式編碼器只記錄電機旋轉(zhuǎn)的增量變化，它無法記錄電機旋轉(zhuǎn)的絕對位置，需要使用計數(shù)器來計算電機旋轉(zhuǎn)的總角度。光電編碼器工作原理光電編碼器通過光束遮擋和接收來感知旋轉(zhuǎn)軸的運動，將機械轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)換為電信號。應(yīng)用場景廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、機器人、自動化生產(chǎn)線等領(lǐng)域，用于位置、速度和方向的測量。磁編碼器磁編碼器利用磁性元件的磁性變化來感知轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度和速度。主要由磁性元件、傳感器和信號處理電路組成，通過磁場的變化來輸出脈沖信號。優(yōu)點：耐高溫、耐腐蝕、耐沖擊、壽命長，適用于惡劣環(huán)境。伺服系統(tǒng)控制方式開環(huán)控制開環(huán)控制系統(tǒng)是根據(jù)輸入信號直接控制執(zhí)行機構(gòu)，無需反饋信息進行調(diào)整。閉環(huán)控制閉環(huán)控制系統(tǒng)通過反饋傳感器獲取實際輸出，并與設(shè)定值進行比較，通過控制器調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)，使實際輸出逼近設(shè)定值。開環(huán)控制1無反饋信號系統(tǒng)不監(jiān)測輸出2直接控制控制信號直接驅(qū)動電機3簡單結(jié)構(gòu)成本低，易于實現(xiàn)開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但精度較低，抗干擾能力弱。應(yīng)用于對精度要求不高、環(huán)境干擾較小的場合。閉環(huán)控制1反饋信息伺服系統(tǒng)通過傳感器獲取實際位置、速度等信息，作為反饋信號。2誤差比較控制器將反饋信號與目標值進行比較，計算出誤差信號。3控制輸出根據(jù)誤差信號，控制器輸出控制信號，驅(qū)動電機，使實際值逼近目標值。位置環(huán)控制1目標位置期望的最終位置2位置誤差實際位置與目標位置的偏差3位置控制器根據(jù)誤差計算控制信號4伺服驅(qū)動器控制電機轉(zhuǎn)動5伺服電機實際移動位置環(huán)控制是伺服系統(tǒng)中最常見的控制方式之一，主要用于控制系統(tǒng)的位置精度。通過不斷地比較目標位置和實際位置，并根據(jù)誤差值調(diào)整電機轉(zhuǎn)動，從而使系統(tǒng)最終達到目標位置。速度環(huán)控制目標設(shè)定速度環(huán)控制首先需要設(shè)定目標速度，即希望電機達到的速度值。速度偏差控制器實時監(jiān)測電機實際速度，并與目標速度比較，計算出速度偏差。比例控制根據(jù)速度偏差的大小，控制器輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速。積分控制控制器會累積速度偏差，并根據(jù)累積值進行修正，以消除穩(wěn)態(tài)誤差。微分控制控制器會預(yù)測速度偏差的變化趨勢，并提前調(diào)整控制信號，以抑制波動。電流環(huán)控制電流環(huán)作用電流環(huán)是伺服系統(tǒng)中重要的控制環(huán)節(jié)，確保電機運行電流穩(wěn)定，防止過載或短路。電流環(huán)控制可以實時監(jiān)測電機電流，并根據(jù)設(shè)定值進行調(diào)整，保證電機正常運行。電流環(huán)原理電流環(huán)控制利用負反饋機制，通過比較實際電流與設(shè)定電流之間的偏差，并輸出相應(yīng)的控制信號，調(diào)節(jié)電機電流。電流環(huán)參數(shù)電流環(huán)參數(shù)的調(diào)整對伺服系統(tǒng)性能至關(guān)重要，包括比例增益、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)等。參數(shù)設(shè)定合理，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。伺服系統(tǒng)調(diào)試要點機械調(diào)試確保機械部件安裝牢固，連接緊密，避免松動或摩擦。電氣調(diào)試檢查連接線是否連接正確，電源是否正常，控制信號是否正常傳輸。參數(shù)調(diào)整根據(jù)負載情況，調(diào)整伺服驅(qū)動器參數(shù)，例如速度、加速度、電流等。功能驗證運行伺服系統(tǒng)，驗證其運動軌跡、速度、精度等是否符合要求。機械調(diào)試安裝精度機械部件安裝精度非常重要，誤差過大會導(dǎo)致運動精度下降，甚至損壞設(shè)備。機械間隙機械間隙過大或過小都會影響運動精度和穩(wěn)定性，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。運動平穩(wěn)性機械部件的運動應(yīng)平穩(wěn)，避免出現(xiàn)卡頓、抖動等現(xiàn)象，確保安全性和可靠性。緊固螺栓緊固螺栓的扭力要適宜，過松會導(dǎo)致松動，過緊會導(dǎo)致螺栓損壞。電氣調(diào)試電源檢查連接電源，檢查電壓是否符合要求。確認電源線連接正確，并測試電源是否正常工作。信號測試檢查控制信號線連接是否正確。測試控制信號的輸入輸出是否正常，確認信號傳輸穩(wěn)定。參數(shù)設(shè)置根據(jù)伺服系統(tǒng)類型和應(yīng)用需求，設(shè)置相關(guān)參數(shù)。包括速度、加速度、電流限制等，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。故障排查測試過程中，如果出現(xiàn)異常情況，需要進行故障排查。分析故障原因，并采取相應(yīng)措施解決。參數(shù)調(diào)整11.速度環(huán)參數(shù)速度環(huán)參數(shù)影響伺服系統(tǒng)對速度指令的跟蹤性能，如速度響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。22.位置環(huán)參數(shù)位置環(huán)參數(shù)影響伺服系統(tǒng)對位置指令的跟蹤精度和響應(yīng)速度。33.電流環(huán)參數(shù)電流環(huán)參數(shù)影響伺服電機電流控制精度和動態(tài)響應(yīng)性能。44.其他參數(shù)其他參數(shù)包括增益、濾波器、限幅等，需要根據(jù)具體情況進行調(diào)整。典型案例分析本節(jié)將深入研究數(shù)控原理伺服在實際應(yīng)用中的具體案例。例如，數(shù)控機床中的伺服系統(tǒng)如何精確控制刀具的運動軌跡，實現(xiàn)