《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(yùn)動(dòng)控制、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(lèi)型，如直流伺服，交流伺服，步進(jìn)電機(jī)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(guò)分析實(shí)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(dòng)化中的應(yīng)用，幫助學(xué)生理解知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。什么是數(shù)控原理數(shù)控原理是指數(shù)控機(jī)床的工作原理。它涉及數(shù)控系統(tǒng)的組成、控制方法、運(yùn)動(dòng)控制、伺服系統(tǒng)等內(nèi)容。數(shù)控原理是理解數(shù)控機(jī)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(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收加工程序，并根據(jù)程序控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)包括伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和反饋裝置，負(fù)責(zé)將數(shù)控裝置的指令轉(zhuǎn)換成機(jī)床的實(shí)際運(yùn)動(dòng)。機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行加工任務(wù)的載體，包括機(jī)床的床身、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。工具系統(tǒng)工具系統(tǒng)包括刀具、刀柄和刀庫(kù)，負(fù)責(zé)完成實(shí)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(chēng)，在汽車(chē)制造、航空航天等行業(yè)廣泛應(yīng)用。西門(mén)子西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)具有強(qiáng)大的功能和靈活的擴(kuò)展性，在機(jī)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?xún)r(jià)比和易用性著稱(chēng)，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(chēng)，在精密加工領(lǐng)域擁有良好的聲譽(yù)。伺服原理基礎(chǔ)伺服系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種，其主要作用是控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置、速度和加速度。伺服系統(tǒng)通常由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)化、機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域。伺服電機(jī)種類(lèi)直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，響應(yīng)速度快。廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等領(lǐng)域。交流伺服電機(jī)體積小，效率高，轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)行穩(wěn)定。應(yīng)用于高精度數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)等。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度精確，定位精度高。適合用于精密儀器、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)是一種重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備。直流伺服電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、控制精度高、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。直流伺服電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、電刷和換向器組成，通過(guò)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)是一種利用交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，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(jī)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(jī)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(hào)的頻率和相位進(jìn)行調(diào)節(jié)。與直流伺服電機(jī)相比，交流伺服電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)電脈沖控制旋轉(zhuǎn)角度，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)定位和控制。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝和維護(hù)。應(yīng)用廣泛步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)控制、打印機(jī)等領(lǐng)域。電機(jī)選型原則11.負(fù)載類(lèi)型考慮負(fù)載的類(lèi)型，如慣量、摩擦力等，確定電機(jī)所需輸出功率和扭矩。22.速度要求根據(jù)所需的運(yùn)動(dòng)速度和加速度，確定電機(jī)所需的速度范圍和響應(yīng)時(shí)間。33.精度需求根據(jù)運(yùn)動(dòng)精度要求，選擇電機(jī)精度等級(jí)，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(dòng)等因素，選擇合適的電機(jī)防護(hù)等級(jí)和工作溫度范圍。伺服驅(qū)動(dòng)器組成功率模塊功率模塊是伺服驅(qū)動(dòng)器的核心，負(fù)責(zé)將直流電源轉(zhuǎn)換為可驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)行所需的交流電流。控制電路控制電路負(fù)責(zé)接收來(lái)自控制器或編碼器的信號(hào)，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(fù)責(zé)將伺服電機(jī)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(fù)責(zé)與控制器、編碼器和其他外部設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制指令的傳遞。伺服驅(qū)動(dòng)器功能11.功率放大將控制信號(hào)放大為電機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)電流。22.電流控制精準(zhǔn)控制電機(jī)電流，確保電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。33.位置和速度控制根據(jù)反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)精確的位置和速度控制。44.報(bào)警和保護(hù)監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并提供過(guò)流、過(guò)壓等保護(hù)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(shí)際執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置、速度和電流等信息反饋給控制系統(tǒng)。通過(guò)反饋信號(hào)，控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)了解執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)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(jī)械量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，方便控制系統(tǒng)處理和分析。編碼器類(lèi)型絕對(duì)值編碼器絕對(duì)值編碼器可以記錄電機(jī)旋轉(zhuǎn)的絕對(duì)位置。即使斷電后再次通電，它也能準(zhǔn)確指示電機(jī)的位置。增量式編碼器增量式編碼器只記錄電機(jī)旋轉(zhuǎn)的增量變化，它無(wú)法記錄電機(jī)旋轉(zhuǎn)的絕對(duì)位置，需要使用計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)的總角度。光電編碼器工作原理光電編碼器通過(guò)光束遮擋和接收來(lái)感知旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)，將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。應(yīng)用場(chǎng)景廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)等領(lǐng)域，用于位置、速度和方向的測(cè)量。磁編碼器磁編碼器利用磁性元件的磁性變化來(lái)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(hào)處理電路組成，通過(guò)磁場(chǎng)的變化來(lái)輸出脈沖信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：耐高溫、耐腐蝕、耐沖擊、壽命長(zhǎng)，適用于惡劣環(huán)境。伺服系統(tǒng)控制方式開(kāi)環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是根據(jù)輸入信號(hào)直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，無(wú)需反饋信息進(jìn)行調(diào)整。閉環(huán)控制閉環(huán)控制系統(tǒng)通過(guò)反饋傳感器獲取實(shí)際輸出，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過(guò)控制器調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使實(shí)際輸出逼近設(shè)定值。開(kāi)環(huán)控制1無(wú)反饋信號(hào)系統(tǒng)不監(jiān)測(cè)輸出2直接控制控制信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)3簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)成本低，易于實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但精度較低，抗干擾能力弱。應(yīng)用于對(duì)精度要求不高、環(huán)境干擾較小的場(chǎng)合。閉環(huán)控制1反饋信息伺服系統(tǒng)通過(guò)傳感器獲取實(shí)際位置、速度等信息，作為反饋信號(hào)。2誤差比較控制器將反饋信號(hào)與目標(biāo)值進(jìn)行比較，計(jì)算出誤差信號(hào)。3控制輸出根據(jù)誤差信號(hào)，控制器輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使實(shí)際值逼近目標(biāo)值。位置環(huán)控制1目標(biāo)位置期望的最終位置2位置誤差實(shí)際位置與目標(biāo)位置的偏差3位置控制器根據(jù)誤差計(jì)算控制信號(hào)4伺服驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)5伺服電機(jī)實(shí)際移動(dòng)位置環(huán)控制是伺服系統(tǒng)中最常見(jiàn)的控制方式之一，主要用于控制系統(tǒng)的位置精度。通過(guò)不斷地比較目標(biāo)位置和實(shí)際位置，并根據(jù)誤差值調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使系統(tǒng)最終達(dá)到目標(biāo)位置。速度環(huán)控制目標(biāo)設(shè)定速度環(huán)控制首先需要設(shè)定目標(biāo)速度，即希望電機(jī)達(dá)到的速度值。速度偏差控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)實(shí)際速度，并與目標(biāo)速度比較，計(jì)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(hào)，用于調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。積分控制控制器會(huì)累積速度偏差，并根據(jù)累積值進(jìn)行修正，以消除穩(wěn)態(tài)誤差。微分控制控制器會(huì)預(yù)測(cè)速度偏差的變化趨勢(shì)，并提前調(diào)整控制信號(hào)，以抑制波動(dòng)。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(jī)運(yùn)行電流穩(wěn)定，防止過(guò)載或短路。電流環(huán)控制可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)電流，并根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，保證電機(jī)正常運(yùn)行。電流環(huán)原理電流環(huán)控制利用負(fù)反饋機(jī)制，通過(guò)比較實(shí)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(hào)，調(diào)節(jié)電機(jī)電流。電流環(huán)參數(shù)電流環(huán)參數(shù)的調(diào)整對(duì)伺服系統(tǒng)性能至關(guān)重要，包括比例增益、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)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(diǎn)機(jī)械調(diào)試確保機(jī)械部件安裝牢固，連接緊密，避免松動(dòng)或摩擦。電氣調(diào)試檢查連接線(xiàn)是否連接正確，電源是否正常，控制信號(hào)是否正常傳輸。參數(shù)調(diào)整根據(jù)負(fù)載情況，調(diào)整伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，例如速度、加速度、電流等。功能驗(yàn)證運(yùn)行伺服系統(tǒng)，驗(yàn)證其運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、精度等是否符合要求。機(jī)械調(diào)試安裝精度機(jī)械部件安裝精度非常重要，誤差過(guò)大會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)精度下降，甚至損壞設(shè)備。機(jī)械間隙機(jī)械間隙過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，避免出現(xiàn)卡頓、抖動(dòng)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(guò)松會(huì)導(dǎo)致松動(dòng)，過(guò)緊會(huì)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(rèn)電源線(xiàn)連接正確，并測(cè)試電源是否正常工作。信號(hào)測(cè)試檢查控制信號(hào)線(xiàn)連接是否正確。測(cè)試控制信號(hào)的輸入輸出是否正常，確認(rèn)信號(hào)傳輸穩(wěn)定。參數(shù)設(shè)置根據(jù)伺服系統(tǒng)類(lèi)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(yùn)行。故障排查測(cè)試過(guò)程中，如果出現(xiàn)異常情況，需要進(jìn)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(duì)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(duì)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(jī)電流控制精度和動(dòng)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(jìn)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(shí)際應(yīng)用中的具體案例。例如，數(shù)控機(jī)床中的伺服系統(tǒng)如何精確控制刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)