数控机床的伺服系统曼初宏学习教案.pptx

会计学1数控机床数控机床(sh kn j chun)的伺服系的伺服系统统 曼初宏曼初宏第一页，共59页。第六章数控机床第六章数控机床(sh kn j chun)(sh kn j chun)的伺服系统的伺服系统第1页/共59页第二页，共59页。第六章数控机床(sh kn j chun)的伺服系统第一节位第一节位 置置 控控 制制第二节步进电动机伺服系统第二节步进电动机伺服系统第三节直流电动机伺服系统第三节直流电动机伺服系统第四节交流电动机伺服系统第四节交流电动机伺服系统第五节数字第五节数字(shz)(shz)比较式伺服系统比较式伺服系统第2页/共59页第三页，共59页。第一节位 置 控 制一、位置控制的概念一、位置控制的概念位置控制和速度控制环是紧密相连的，速度控制环的给定值就是位置控制和速度控制环是紧密相连的，速度控制环的给定值就是(jish)jish)来自位置控制环。位置控制环的输入数据来自轮廓插补运算来自位置控制环。位置控制环的输入数据来自轮廓插补运算，在每一个插补周期内插补运算输出一组数据给位置控制环，位，在每一个插补周期内插补运算输出一组数据给位置控制环，位置控制环根据速度指令的要求及各环节的放大倍数置控制环根据速度指令的要求及各环节的放大倍数(称增益称增益)对位对位置数据进行处理，再把处理的结果送给速度控制环，作为速度控置数据进行处理，再把处理的结果送给速度控制环，作为速度控制环的给定值。制环的给定值。二、位置控制的基本原理二、位置控制的基本原理图6-1位置(wi zhi)控制系统示意图第3页/共59页第四页，共59页。第一节位 置 控 制图6-2指令位置与实际(shj)位置的关系第4页/共59页第五页，共59页。第一节位 置 控 制三、位置控制装置三、位置控制装置位置控制装置分软件和硬件两部分位置控制装置分软件和硬件两部分(b fen)(b fen)，如图，如图6 6 4 4所示。软件部分所示。软件部分(b(b fen)fen)完成位置偏移量完成位置偏移量DiDi和速度指令值和速度指令值VOiVOi的计算。硬件部分的计算。硬件部分(b(b fen)fen)由速度指令寄存器、计数器、模拟开关和滤波放大器等部分由速度指令寄存器、计数器、模拟开关和滤波放大器等部分(b(b fen)fen)组成。它把数字量的速度指令值组成。它把数字量的速度指令值VOiVOi转换成直流电压，输送给速度控转换成直流电压，输送给速度控制装置，控制电动机转动。这是一个数模转换电路，转换精度很高。制装置，控制电动机转动。这是一个数模转换电路，转换精度很高。图6-4位置控制(kngzh)装置框图第5页/共59页第六页，共59页。第一节位 置 控 制1.1.软件部分软件部分2.2.硬件硬件(yn jin)(yn jin)部分部分(1)(1)速度指令寄存器和粗精减法计数器图速度指令寄存器和粗精减法计数器图6-6-5 5所示是位置控制装置的硬件所示是位置控制装置的硬件(yn jin)(yn jin)部分。部分。图6-5位置控制装置(zhungzh)的硬件部分第6页/共59页第七页，共59页。第一节位 置 控 制图6-6模拟(mn)开关电路图(2)(2)模拟模拟(mn)(mn)开关图开关图6-66-6所示是模拟所示是模拟(mn)(mn)开关电路图。开关电路图。第7页/共59页第八页，共59页。第一节位 置 控 制图6-7模拟开关(kigun)的输出波形图第8页/共59页第九页，共59页。第一节位 置 控 制(3)(3)滤波放大电路滤波放大电路滤波放大电路由两个运算放大器滤波放大电路由两个运算放大器T1T1、T2T2和与之相连的电阻电容所组成，和与之相连的电阻电容所组成，粗计数器的输出由模拟粗计数器的输出由模拟(mn)(mn)开关变换成开关变换成VNPCVNPC信号，接到信号，接到T1T1的正输入端的正输入端，T1T1的负输入端与输出端短接，没有放大作用。的负输入端与输出端短接，没有放大作用。(4)(4)数模转换时数字量与模拟数模转换时数字量与模拟(mn)(mn)电压的对应关系电压的对应关系由于粗计数器是对由于粗计数器是对1414位的速度指令寄存器中的位的速度指令寄存器中的9 91212位计数，因而它每减位计数，因而它每减一个数相当于精计数器减一个数相当于精计数器减512512次计数。次计数。第9页/共59页第十页，共59页。第二节步进电动机伺服系统一、步进电动机的结构一、步进电动机的结构目前，我国使用的步进电动机多为反应式步进电动机。这种步进电动机有轴向目前，我国使用的步进电动机多为反应式步进电动机。这种步进电动机有轴向分相和径向分相两种。图分相和径向分相两种。图6 6 8 8所示是一台典型的径向三相反应式步进电动机结所示是一台典型的径向三相反应式步进电动机结构图。这种步进电动机分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁心和定构图。这种步进电动机分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由硅钢片叠压而成，定子绕组是绕置在定子铁心六个均匀分子绕组。定子铁心由硅钢片叠压而成，定子绕组是绕置在定子铁心六个均匀分布大极上的线圈，在直径布大极上的线圈，在直径(zhjng)(zhjng)方向上相对的两个大极上的线圈串联在一起方向上相对的两个大极上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。图，构成一相控制绕组。图6 6 8 8所示的步进电动机可构成三相控制绕组，故也称所示的步进电动机可构成三相控制绕组，故也称为三相步进电动机。转子上没有绕组，只有均匀分布的为三相步进电动机。转子上没有绕组，只有均匀分布的4040个小齿，齿槽也是等个小齿，齿槽也是等宽的。宽的。第10页/共59页第十一页，共59页。第二节步进电动机伺服系统图6-8径向(jn xin)三相反应式步进电动机结构图第11页/共59页第十二页，共59页。第二节步进电动机伺服系统二、步进电动机的工作二、步进电动机的工作(gngzu)(gngzu)原理原理图6-10一段定子(dngz)、转子及磁回路第12页/共59页第十三页，共59页。第二节步进电动机伺服系统图6-11步进电动机的齿距第13页/共59页第十四页，共59页。第二节步进电动机伺服系统表6-1步进电动机的整个(zhngg)步进循环过程三、步进电动机的主要特性三、步进电动机的主要特性1.1.步距角和静态步距角和静态(jngti)(jngti)步距误差步距误差2.2.静态静态(jngti)(jngti)距角特性距角特性第14页/共59页第十五页，共59页。第二节步进电动机伺服系统图6-13步进电动机静态(jngti)距角特性和静态(jngti)稳定区第15页/共59页第十六页，共59页。第二节步进电动机伺服系统3.3.起动起动(q dn)(q dn)频率频率4.4.连续运行频率连续运行频率5.5.加减速特性加减速特性6.6.矩频特性与动态转矩矩频特性与动态转矩图6-14加减速(jin s)特性曲线第16页/共59页第十七页，共59页。第二节步进电动机伺服系统7.7.步进运行步进运行(ynxng)(ynxng)和共振和共振图6-16步进电动机转子运动的过渡(gud)过程第17页/共59页第十八页，共59页。第二节步进电动机伺服系统四、步进电动机驱动控制技术四、步进电动机驱动控制技术根据步进式伺服系统的工作原理，步进电动机驱动控制电路的功能是根据步进式伺服系统的工作原理，步进电动机驱动控制电路的功能是：将具有一定频率：将具有一定频率f f、一定数量、一定数量n n和方向的进给脉冲转换成控制步进电和方向的进给脉冲转换成控制步进电动机各相定子绕组通电、断电的电平信号。电平信号的变化频率、变动机各相定子绕组通电、断电的电平信号。电平信号的变化频率、变化次数和通、断电顺序与进给指令脉冲的频率、数量和方向对应。故化次数和通、断电顺序与进给指令脉冲的频率、数量和方向对应。故一个较完整的步进电动机的驱动控制电路应包括脉冲混合电路、加减一个较完整的步进电动机的驱动控制电路应包括脉冲混合电路、加减脉冲分配电路、加减速电路、环形分配器和功率放大器，并应能接收脉冲分配电路、加减速电路、环形分配器和功率放大器，并应能接收和处理各种类型的进给指令控制信号，如自动进给信号、手动信号和和处理各种类型的进给指令控制信号，如自动进给信号、手动信号和补偿信号等。除了功率放大器之外，其他电路既可用硬件电路来实现补偿信号等。除了功率放大器之外，其他电路既可用硬件电路来实现(shxin)(shxin)，也可用软件来实现，也可用软件来实现(shxin)(shxin)。驱动控制电路框图，如图。驱动控制电路框图，如图6 6 1717所示。所示。第18页/共59页第十九页，共59页。第二节步进电动机伺服系统图6-17驱动(q dn)控制电路框图1.1.脉冲脉冲(michng)(michng)混合电路混合电路2.2.加减脉冲加减脉冲(michng)(michng)分配电路分配电路3.3.加减速电路加减速电路(又称自动升降速电路又称自动升降速电路)第19页/共59页第二十页，共59页。第二节步进电动机伺服系统图6-18加减速电路(dinl)框图第20页/共59页第二十一页，共59页。第二节步进电动机伺服系统图6-19加减速电路(dinl)输入/输出特性曲线第21页/共59页第二十二页，共59页。第二节步进电动机伺服系统4.环形(hun xn)分配器图6-20环形分配器硬件(yn jin)电路5.5.功率功率(gngl)(gngl)放大器放大器第22页/共59页第二十三页，共59页。第二节步进电动机伺服系统五、提高步进系统精度的措施五、提高步进系统精度的措施步进系统是一个开环系统，在这个系统中，步进电动机的质量、机械传动部步进系统是一个开环系统，在这个系统中，步进电动机的质量、机械传动部分的结构和质量以及控制电路的完善与否，均影响到步进系统的工作精度。分的结构和质量以及控制电路的完善与否，均影响到步进系统的工作精度。要提高步进系统的工作精度，应从以下几方面考虑：改善步进电动机的性能要提高步进系统的工作精度，应从以下几方面考虑：改善步进电动机的性能，减小步距角；采用精密传动副，减小传动链中的传动间隙等。但这些因素，减小步距角；采用精密传动副，减小传动链中的传动间隙等。但这些因素往往由于结构工艺的关系而受到一定的限制往往由于结构工艺的关系而受到一定的限制(xinzh)(xinzh)，在这种情况下，还可，在这种情况下，还可以从控制电路上采取一些措施，弥补其不足。以从控制电路上采取一些措施，弥补其不足。1.1.细分电路细分电路图6-21细分前后(qinhu)的角位移波形图a)无细分b)细分后第23页/共59页第二十四页，共59页。第二节步进电动机伺服系统2.2.反向反向(fn xin)(fn xin)间隙和螺距误差补偿间隙和螺距误差补偿3.3.混合伺服系统混合伺服系统第24页/共59页第二十五页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统一、直流伺服电动机的结构和工作原理一、直流伺服电动机的结构和工作原理图图6 6 22a22a所示是一般的直流电动机的结构和工作原理图。直流电动所示是一般的直流电动机的结构和工作原理图。直流电动机主要由定子机主要由定子(dngz)(dngz)、转子、转子(又称电枢又称电枢)、电刷和换向器等几部、电刷和换向器等几部分组成，在定子分组成，在定子(dngz)(dngz)上有励磁绕组和补偿绕组，转子绕组通上有励磁绕组和补偿绕组，转子绕组通过电刷供电。由于转子磁场和定子过电刷供电。由于转子磁场和定子(dngz)(dngz)磁场始终正交，因而磁场始终正交，因而产生转矩，使转子旋转。由图产生转矩，使转子旋转。由图6 6 22b22b可知，定子可知，定子(dngz)(dngz)励磁电流励磁电流if if产生定子产生定子(dngz)(dngz)磁动势磁动势FsFs，转子电枢电流，转子电枢电流ia ia产生转子磁动势产生转子磁动势FrFr，FsFs与与FrFr垂直正交。补偿绕组与电枢绕组串联，电流垂直正交。补偿绕组与电枢绕组串联，电流ia ia又产生补偿磁又产生补偿磁动势动势FcFc，FcFc与与FrFr方向相反，它的作用是抵消电枢磁场对定子方向相反，它的作用是抵消电枢磁场对定子(dngz(dngz)磁场的扭斜，使电动机具有良好的调速特性。磁场的扭斜，使电动机具有良好的调速特性。第25页/共59页第二十六页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统图6-22直流伺服电动机的结构(jigu)和工作原理图第26页/共59页第二十七页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统图6-23永磁直流伺服电动机的结构图1转子2定子(dngz)(永磁体)3电刷4低波纹测速发电机5小间隙齿轮6旋转变压器7安装座8齿轮9换向器10电动机轴第27页/共59页第二十八页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统二、直流电动机的二、直流电动机的PWM(PWM(脉宽调制脉宽调制)调速原理调速原理由电工学的知识可知：在转子磁场不饱和时，改变电枢电压可改变转子由电工学的知识可知：在转子磁场不饱和时，改变电枢电压可改变转子转速。由于电动机是电感转速。由于电动机是电感(din(din n)n)组件，转子的质量也较大，有较大的电磁时间常数和机械时间常数组件，转子的质量也较大，有较大的电磁时间常数和机械时间常数，因此电枢电压可用周期远小于电动机机械时间常数的方波平均电压来，因此电枢电压可用周期远小于电动机机械时间常数的方波平均电压来代替。图代替。图6 6 2424所示是用方波电压调速的原理图。利用大功率晶体管的开所示是用方波电压调速的原理图。利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成频率约为关作用，将直流电源电压转换成频率约为2000Hz2000Hz的方波电压，加在直流的方波电压，加在直流电动机的电枢绕组上。通过对开关关闭时间长短的控制，来控制加到电电动机的电枢绕组上。通过对开关关闭时间长短的控制，来控制加到电枢绕组两端的平均电压，达到调速的目的。图枢绕组两端的平均电压，达到调速的目的。图6 6 2424中中K K代表大功率晶体管代表大功率晶体管开关放大器。开关放大器。第28页/共59页第二十九页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统图6-24用方波电压(diny)调速的原理图第29页/共59页第三十页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统三、三、PWM PWM系统的脉宽调制系统的脉宽调制脉宽调制的任务是将连续控制信号变成方波脉冲信号，作为脉宽调制的任务是将连续控制信号变成方波脉冲信号，作为(zuwi)(zuwi)功率转功率转换电路的基极输入信号，控制直流电动机的转速和转矩。方波脉冲信号可由换电路的基极输入信号，控制直流电动机的转速和转矩。方波脉冲信号可由脉宽调制器生成，也可由全数字软件生成。脉宽调制器生成，也可由全数字软件生成。1.1.脉宽调制器脉宽调制器图6-25三角(snjio)波发生器及PWM(脉宽调制)原理图第30页/共59页第三十一页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统图6-26PWM(脉宽调制)波形图第31页/共59页第三十二页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统图6-27数字(shz)PWM(脉宽调制)控制系统第32页/共59页第三十三页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统图6-28H形双极可逆功率转换电路(dinl)的工作原理2.计算机软件形成(xngchng)控制方波第33页/共59页第三十四页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统四、四、PWM PWM系统系统(xtng)(xtng)功率转换电路功率转换电路图6-29H形双极可逆功率转换电路的电压电流波形(b xn)a)V、V基极励磁电压b)V、V基极励磁电压c)电枢电压波形(b xn)d)电枢电流波形(b xn)e)工作状态表示第34页/共59页第三十五页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统五、直流伺服电动机的调速五、直流伺服电动机的调速1.1.积分调节器和比例积分调节器积分调节器和比例积分调节器(1)(1)积分调节器和积分控制规律图积分调节器和积分控制规律图6-6-30a30a所示是用运算放大器构成所示是用运算放大器构成(guchng)(guchng)的积分调节器原理图及特性。的积分调节器原理图及特性。1)1)延缓性。延缓性。2)2)保持性。保持性。3)3)叠加性。叠加性。图6-30积分调节器原理图及特性(txng)a)原理图b)输入阶跃信号时输出特性(txng)c)积分调节器的保持性和叠加性第35页/共59页第三十六页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统(2)比例(bl)积分(PI)调节器图6-31a所示是比例(bl)积分(PI)调节器原理图。图6-31比例(bl)积分(PI)调节器原理图a)原理图b)稳压管钳位的内限幅电路2.2.转速负反馈单闭环无静差调速系统转速负反馈单闭环无静差调速系统第36页/共59页第三十七页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统图6-32直流电动机(dngj)的机械特性第37页/共59页第三十八页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统图6-33速度负反馈单闭环调速系统(xtng)原理简图第38页/共59页第三十九页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统图6-34速度(sd)、电流双闭环无静差调速系统原理图(1)(1)突加给定值时的起动过程突加给定值时的起动过程设起动前调速系统处于设起动前调速系统处于(chy)(chy)停车状态，这时停车状态，这时n=0n=0，Un=0Un=0，在突加给，在突加给定值定值n n的瞬间，电动机转速的瞬间，电动机转速n=0n=0，这时，这时Un=n-Un0Un=n-Un0有最大值。有最大值。3.转速、电流双闭环调速系统第39页/共59页第四十页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统(2)(2)抗负载扰动的过程抗负载扰动的过程在速度给定值在速度给定值n n不变的情况下，电动机负载变化时，双环调速系统不变的情况下，电动机负载变化时，双环调速系统能很好地维持电动机的速度不变。能很好地维持电动机的速度不变。(3)(3)抗电网电压扰动的过程抗电网电压扰动的过程当当PWMPWM输出的方波不变时，电网电压的波动首先引起电枢电流的输出的方波不变时，电网电压的波动首先引起电枢电流的变化，由于电枢电流的变化比电动机转子转速的变化快得多，因变化，由于电枢电流的变化比电动机转子转速的变化快得多，因而在转速尚无明显变化时，电流反馈值而在转速尚无明显变化时，电流反馈值i i已发生变化，进而引起已发生变化，进而引起-ii和和UcUc的变化，最后引起的变化，最后引起PWMPWM方波占空比的变化，而消除因电网方波占空比的变化，而消除因电网电压波动引起的电枢电流的变化。电压波动引起的电枢电流的变化。4.4.全数字直流调速系统原理全数字直流调速系统原理(1)(1)采样周期采样周期全数字控制的特点全数字控制的特点(tdin)(tdin)是按每个采样周期，间断地给出控制是按每个采样周期，间断地给出控制数据。数据。第40页/共59页第四十一页，共59页。第三节直流电动机(dngj)伺服系统(2)(2)数字比例积分数字比例积分(PI)(PI)调节器调节器在全数字调速系统中，速度环和电流环不是靠比例积分在全数字调速系统中，速度环和电流环不是靠比例积分(PI)(PI)调节调节器调节，而是由计算器调节，而是由计算(j sun)(j sun)机计算机计算(j(j sun)sun)出的数据调节，因为计算出的数据调节，因为计算(j(j sun)sun)公式的功能与比例积分公式的功能与比例积分(PI)(PI)调节器的功能相同，所以称为数调节器的功能相同，所以称为数字比例积分字比例积分(PI)(PI)调节器。调节器。第41页/共59页第四十二页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统一、交流伺服电动机的结构和工作原理一、交流伺服电动机的结构和工作原理交流伺服电动机无电刷，结构简单，动态响应好，输出功率较大，因而在数控机床交流伺服电动机无电刷，结构简单，动态响应好，输出功率较大，因而在数控机床上被广泛应用。交流伺服电动机分为永磁交流伺服电动机和感应上被广泛应用。交流伺服电动机分为永磁交流伺服电动机和感应(gnyng)(gnyng)交流伺交流伺服电动机。永磁交流伺服电动机包括方波永磁同步电动机服电动机。永磁交流伺服电动机包括方波永磁同步电动机(无刷直流电动机无刷直流电动机BDCM)BDCM)和正弦波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机(PMSM)(PMSM)，常用于进给伺服系统；感应，常用于进给伺服系统；感应(gnyng)(gnyng)交流伺服交流伺服电动机相当于感应电动机相当于感应(gnyng)(gnyng)交流异步电动机，常用于主轴伺服系统。这两种电动交流异步电动机，常用于主轴伺服系统。这两种电动机旋转机理都是由定子绕组产生旋转磁场使转子运转。不同点是永磁交流伺服电动机旋转机理都是由定子绕组产生旋转磁场使转子运转。不同点是永磁交流伺服电动机的转速和外加电源频率存在严格的关系，所以电源频率不变时，它的转速是不变机的转速和外加电源频率存在严格的关系，所以电源频率不变时，它的转速是不变的；而感应的；而感应(gnyng)(gnyng)交流伺服电动机由于需要转速差才能在转子上产生感应交流伺服电动机由于需要转速差才能在转子上产生感应(gn(gnyng)yng)磁场，所以电动机转速比其同步转速小，外加负载越大，转速差越大。磁场，所以电动机转速比其同步转速小，外加负载越大，转速差越大。第42页/共59页第四十三页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统旋转磁场的同步速度由交流电源的频率旋转磁场的同步速度由交流电源的频率(pnl)(pnl)来决定，频率来决定，频率(pnl)(pnl)低，转速慢，频率低，转速慢，频率(pnl)(pnl)高，转速快，因而交流电动机可以用改变高，转速快，因而交流电动机可以用改变供电频率供电频率(pnl)(pnl)的方法来调速。的方法来调速。1.1.永磁交流伺服电动机永磁交流伺服电动机图6-35永磁交流伺服电动机的结构图1定子2永磁铁3轴向通风孔4转轴5转子6压板(y bn)7定子三相绕组8脉冲编码器9出线盒第43页/共59页第四十四页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统图6-36永磁交流(jioli)伺服电动机的工作原理图第44页/共59页第四十五页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统2.2.感应感应(gnyng)(gnyng)交流伺服电动机交流伺服电动机图6-37永磁交流(jioli)伺服电动机工作曲线连续工作区断续工作区第45页/共59页第四十六页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统图6-39感应交流(jioli)伺服电动机的功率、转速曲线第46页/共59页第四十七页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统二、交流伺服电动机的变频调速二、交流伺服电动机的变频调速交流电动机的同步转速交流电动机的同步转速(旋转磁场的转速旋转磁场的转速)为为1)1)改变磁极对数。改变磁极对数。2)2)改变转差率。改变转差率。3)3)变频调速。变频调速。1.1.恒压频比方式调速恒压频比方式调速(恒转矩调速恒转矩调速)2.2.恒功率调速恒功率调速三、正弦波脉宽调制三、正弦波脉宽调制(SPWM)(SPWM)变频器变频器1.SPWM1.SPWM波形波形(b xn)(b xn)与等效正弦波与等效正弦波第47页/共59页第四十八页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统图6-40正弦波与等效(dn xio)的SPWM波a)正弦波b)等效(dn xio)的SPWM波第48页/共59页第四十九页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统2.2.产生产生SPWMSPWM波的原理波的原理1)1)已知正弦波的幅值、频率和相位，由计算机计算产生。已知正弦波的幅值、频率和相位，由计算机计算产生。2)2)用专用的集成电路用专用的集成电路(jchng-dinl)(jchng-dinl)芯片产生。芯片产生。3)3)用模拟式电路以用模拟式电路以“调制调制”的方法产生。的方法产生。图6-41三相(sn xin)SPWM控制电路原理图第49页/共59页第五十页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统3.SPWM变频器的主电路(dinl)图6-42SPWM变频器的主电路(dinl)四、交流伺服电动机矢量控制调速四、交流伺服电动机矢量控制调速1.1.矢量控制的概念矢量控制的概念第50页/共59页第五十一页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统1)1)速度精度和过渡过程时间与直流电动机大致相同，调速精度可达速度精度和过渡过程时间与直流电动机大致相同，调速精度可达0.1%0.1%。2)2)弱磁调速范围弱磁调速范围(fnwi)(fnwi)与直流电动机调速系统相同，弱磁调速范围与直流电动机调速系统相同，弱磁调速范围(fnwi(fnwi)为为1 1 4 4。3)3)过载能力强，能承受冲击载荷、突然加减速和突然可逆运行，能实现四过载能力强，能承受冲击载荷、突然加减速和突然可逆运行，能实现四象限运行。象限运行。4)4)性能良好的矢量控制交流调速系统比直流调速系统效率高性能良好的矢量控制交流调速系统比直流调速系统效率高2%2%，不存在直，不存在直流电动机的换向火花问题。流电动机的换向火花问题。2.2.矢量控制的矢量控制的SPWMSPWM调速系统调速系统第51页/共59页第五十二页，共59页。第四节交流(jioli)电动机伺服系统图6-43矢量控制(kngzh)的SPWM调速系统原理图第52页/共59页第五十三页，共59页。第五节数字(shz)比较式伺服系统一、数字比较式伺服系统的构成一、数字比较式伺服系统的构成一个数字比较系统最多可由一个数字比较系统最多可由6 6个主要部分组成，如图个主要部分组成，如图6 6 4444所示。它们是：由数所示。它们是：由数控装置提供的指令信号，它可以是数码信号，也可以是数字脉冲信号；由测量控装置提供的指令信号，它可以是数码信号，也可以是数字脉冲信号；由测量元件提供的工作台位置信号，它可以是数码信号，也可以是数字脉冲信号；完元件提供的工作台位置信号，它可以是数码信号，也可以是数字脉冲信号；完成指令信号与测量反馈信号比较的比较器；数字脉冲与数码的相互成指令信号与测量反馈信号比较的比较器；数字脉冲与数码的相互(xingh)(xingh)转转换部件，它依据比较器的功能及指令和反馈信号的性质而决定取舍；驱动执行换部件，它依据比较器的功能及指令和反馈信号的性质而决定取舍；驱动执行元件，它根据比较器的输出带动数控机床工作台移动。元件，它根据比较器的输出带动数控机床工作台移动。图6-44数字(shz)比较系统的组成第53页/共59页第五十四页，共59页。第五节数字(shz)比较式伺服系统二、数字脉冲-数码(shm)转换器1.数字脉冲转换为数码(shm)图6-45数字脉冲(michng)转化为数码的电路2.2.数码转换为数字脉冲数码转换为数字脉冲图6-46减法计数器组成的数码转换电路第54页/共59页第五十五页，共59页。第五节数字(shz)比较式伺服系统图6-48数码比较器的原理(yunl)框图三、比较(bjio)器第55页/共59页第五十六页，共59页。第五节数字(shz)比较式伺服系统图6-49采用(ciyng)反码运算的二进制数比较器第56页/共59页第五十七页，共59页。第五节数字(shz)比较式伺服系统图6-51比较(bjio)器结构图第57页/共59页第五十八页，共59页。第五节数字(shz)比较式伺服系统四、数模转换器四、数模转换器数模转换器也称脉宽调制器，它的任务是把比较器的数字量转变数模转换器也称脉宽调制器，它的任务是把比较器的数字量转变(zh(zhunbin)unbin)为电压信号。目前，已有许多不同精度、不同形式的数模为电压信号。目前，已有许多不同精度、不同形式的数模(D(D/A)/A)转换器，只要能满足伺服系统对它的输入输出要求，可直接选来转换器，只要能满足伺服系统对它的输入输出要求，可直接选来应用。应用。图6-52数模转换电路图第58页/共59页第五十九页，共59页。