数控机床进给伺服驱动系统学习教案.pptx

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1、会计学1数控机床进给伺服驱动数控机床进给伺服驱动(q dn)系统系统第一页，共36页。一、定义：一、定义：进给伺服系统进给伺服系统(Feed Servo System)以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称位置随动系统、驱动系统、伺服制系统，又称位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。机构或伺服单元。伺服系统是数控装置伺服系统是数控装置(zhungzh)和机床和机床主机的联系环节，接收主机的联系环节，接收CNC装置装置(zhungzh)插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经插补器发出的进给脉冲或进给位移量信息，经过变换和放大由伺服电机

2、带动传动机构，最后过变换和放大由伺服电机带动传动机构，最后转化为机床的直线或转动位移。转化为机床的直线或转动位移。第一节 概述(i sh)第1页/共36页第二页，共36页。n n数控机床的伺服包括：进给伺服驱动系统和主轴伺服系统数控机床的伺服包括：进给伺服驱动系统和主轴伺服系统数控机床的伺服包括：进给伺服驱动系统和主轴伺服系统数控机床的伺服包括：进给伺服驱动系统和主轴伺服系统两部分。根据两部分。根据两部分。根据两部分。根据CNCCNC发出的动作指令，伺服系统准确、快速发出的动作指令，伺服系统准确、快速发出的动作指令，伺服系统准确、快速发出的动作指令，伺服系统准确、快速地完成各坐标轴的进给运动，

3、与主轴驱动相配合，完成加地完成各坐标轴的进给运动，与主轴驱动相配合，完成加地完成各坐标轴的进给运动，与主轴驱动相配合，完成加地完成各坐标轴的进给运动，与主轴驱动相配合，完成加工件的高精度加工。工件的高精度加工。工件的高精度加工。工件的高精度加工。n n因此，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分，其性能因此，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分，其性能因此，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分，其性能因此，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分，其性能的优劣直接影响零件的优劣直接影响零件的优劣直接影响零件的优劣直接影响零件(ln(ln jin)jin)的加工精度和生产效率，的加工精度和生产效率，的

4、加工精度和生产效率，的加工精度和生产效率，它的价格在这个数控机床的成本构成中占有相当大的份额。它的价格在这个数控机床的成本构成中占有相当大的份额。它的价格在这个数控机床的成本构成中占有相当大的份额。它的价格在这个数控机床的成本构成中占有相当大的份额。第一节 概述(i sh)第2页/共36页第三页，共36页。第一节 概述(i sh)第3页/共36页第四页，共36页。第一节 概述(i sh)1.调速范围要宽调速范围要宽 2.位移精度要高位移精度要高3.跟随误差跟随误差(wch)要小要小,响应要快响应要快4.稳定性要好，可靠性要高。稳定性要好，可靠性要高。一数控机床一数控机床(sh kn j chu

5、n)对伺服系统的要求对伺服系统的要求比较控制环节比较控制环节比较控制环节比较控制环节驱动控制单元驱动控制单元驱动控制单元驱动控制单元执行元件执行元件执行元件执行元件反馈检测单元反馈检测单元反馈检测单元反馈检测单元机机机机床床床床进进进进给给给给 指指指指令令令令二伺服驱动系统的组成二伺服驱动系统的组成第4页/共36页第五页，共36页。按控制理论分类按控制理论分类开环伺服系统开环伺服系统闭环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统半闭环伺服系统2.按驱动按驱动(q dn)执行元件的动作原理分执行元件的动作原理分类类电液伺服系统电液伺服系统电气伺服系统电气伺服系统三伺服驱动三伺服驱动(q dn)系统的分

6、类系统的分类第一节 概述(i sh)第5页/共36页第六页，共36页。3.按被控对象分类按被控对象分类 进给伺服系统进给伺服系统 主轴伺服系统主轴伺服系统4.按反馈比较控制方式分类按反馈比较控制方式分类 脉冲脉冲(michng)、数字比较伺服系统、数字比较伺服系统 相位比较伺服系统相位比较伺服系统 幅值比较伺服系统幅值比较伺服系统 全数字伺服系统全数字伺服系统三伺服驱动三伺服驱动(q dn)系统的分类系统的分类第一节 概述(i sh)5.按执行电动机类型分类按执行电动机类型分类直流伺服系统直流伺服系统交流伺服系统交流伺服系统第6页/共36页第七页，共36页。n n 在数控机床中使用的伺服电在数

7、控机床中使用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺电动机和直线电动动机、交流伺电动机和直线电动机等。步进伺服驱动系统的执行机等。步进伺服驱动系统的执行元件元件(yunjin)是步进电机。是步进电机。第二节 步进伺服驱动(q dn)控制 步进电动机一般用于开环伺服系统中，没有步进电动机一般用于开环伺服系统中，没有位置位置(wi zhi)反馈环节，位置反馈环节，位置(wi zhi)控制精控制精度由步进电动机和进给链来决定。度由步进电动机和进给链来决定。第7页/共36页第八页，共36页。n n步进电机的种类步进电机的种类n n按电机的结构和材料分类按电机的结构和

8、材料分类n n反应式：不用永久磁铁，靠定反应式：不用永久磁铁，靠定子和转子的软钢齿之闭的电磁子和转子的软钢齿之闭的电磁引力产生力矩，结构简单，步引力产生力矩，结构简单，步距角可以做得很小，应用最广。距角可以做得很小，应用最广。n n永磁式：转子有多条永久磁铁永磁式：转子有多条永久磁铁组成，定子和转子间的引力和组成，定子和转子间的引力和斥力都产生力矩，功率密度大，斥力都产生力矩，功率密度大，但步距角不可能做的很小。但步距角不可能做的很小。n n混合式：结合上述两种的优点混合式：结合上述两种的优点(yudin)，永久磁铁提高功，永久磁铁提高功率密度，细密的极齿减小步距率密度，细密的极齿减小步距角，

9、但加工困难，成本高。角，但加工困难，成本高。第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第8页/共36页第九页，共36页。步进电动机是一种将电脉冲信号步进电动机是一种将电脉冲信号(xnho)转换成机械位转换成机械位移的机电执行元件。移的机电执行元件。步步进进电电动动机机由由转转子子和和定定子子绕绕组组组组成成。当当某某相相定定子子绕绕组组由由脉脉冲冲电电流流励励磁磁后后，便便能能吸吸引引转转子子，使使转转子子转转一一个个(y)角角度度，即即步步距距角角，每每一一个个(y)步步距距角角对对应应一一个个(y)位位移移量量，指指令令脉脉冲冲的的频率就对应工作台的移动速度。频率就对应工作台的移动速度。第二节

10、步进伺服驱动(q dn)控制第9页/共36页第十页，共36页。n n步进电机步进电机(dinj)的结构的结构第二节 步进伺服驱动(q dn)控制步进电机步进电机(dinj)的原理的原理第10页/共36页第十一页，共36页。n n结论结论结论结论n n(1)(1)步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的步距角的步距角的步距角的

11、步距角 ；n n(2)(2)改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；的旋转方向随之改变；的旋转方向随之改变；的旋转方向随之改变；n n(3)(3)步进电机定子绕组通电状态的改变速度步进电机定子绕组通电状态的改变速度步进电机定子绕组通电状态的改变速度步进电机定子绕组通电状态的改变速度(sd)(sd)越快，其转子旋转的速度越快，其转子旋转的速度越快，其转子旋转的速度越快，其转子旋转的速度(sd)(sd)越快，越快，越快，越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；即通电状

12、态的变化频率越高，转子的转速越高；即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；n n(4)(4)步进电机步距角步进电机步距角步进电机步距角步进电机步距角 与定子绕组的相数与定子绕组的相数与定子绕组的相数与定子绕组的相数mm、转子的齿数转子的齿数转子的齿数转子的齿数z z、通电方式、通电方式、通电方式、通电方式k k有关，可用下式表示有关，可用下式表示有关，可用下式表示有关，可用下式表示n n 式中式中式中式中mm相相相相mm拍时，拍时，拍时，拍时，k=1k=1；mm相相相相2m2m拍时，拍时，拍时，拍时，k=2k=2；依此类推。；依此类推。；依此类推。；

13、依此类推。第二节 步进伺服驱动(q dn)控制步进电机步进电机(dinj)的原理的原理 第11页/共36页第十二页，共36页。n n步距角步距角步距角步距角 0.53 0.53，决定控制精度，是决定步进伺服系统脉冲当，决定控制精度，是决定步进伺服系统脉冲当，决定控制精度，是决定步进伺服系统脉冲当，决定控制精度，是决定步进伺服系统脉冲当量的重要参数。量的重要参数。量的重要参数。量的重要参数。n n启动频率启动频率启动频率启动频率 fq fq。n n空载时，步进电机由静止空载时，步进电机由静止空载时，步进电机由静止空载时，步进电机由静止(jngzh(jngzh)突然启动，突然启动，突然启动，突然启

14、动，并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率n n矩角特性、最大静态转矩矩角特性、最大静态转矩矩角特性、最大静态转矩矩角特性、最大静态转矩 和启动转矩和启动转矩和启动转矩和启动转矩 。n n矩角特性是步进电机的一个重要特性，它矩角特性是步进电机的一个重要特性，它矩角特性是步进电机的一个重要特性，它矩角特性是步进电机的一个重要特性，它n n是指步进电机产生的静态转矩是指步进电机产生的静态转矩是指步进电机产生的静态转矩是指步进电机产生的静态转矩 与失调角与失调角与失调角与失调角 的的的的

15、n n变化规律。变化规律。变化规律。变化规律。第二节 步进伺服驱动(q dn)控制步进电机步进电机(dinj)的特性的特性第12页/共36页第十三页，共36页。n n连续连续(linx)运行的最高工作运行的最高工作频率频率 n n保证不丢步运行的极限频率保证不丢步运行的极限频率 n n加减速特性加减速特性 n n描述步进电机由静止到工作频描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率和由工作频n n率到静止的加减速过程中，定率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状子绕组通电状n n态的变化频率与时间的关系。态的变化频率与时间的关系。第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第13页/共36页第十四页，共36

16、页。n n系统由步进电机驱动线路系统由步进电机驱动线路系统由步进电机驱动线路系统由步进电机驱动线路+步进电机组成，对工作台位移步进电机组成，对工作台位移步进电机组成，对工作台位移步进电机组成，对工作台位移(wiy)(wiy)、速度和运动方向进行控制。、速度和运动方向进行控制。、速度和运动方向进行控制。、速度和运动方向进行控制。第二节 步进伺服驱动(q dn)控制步进式伺服系统工作步进式伺服系统工作(gngzu)原理原理第14页/共36页第十五页，共36页。1.工作台位移的控制工作台位移的控制 进给脉冲的个数进给脉冲的个数N 定子绕组定子绕组通电状态变化次数通电状态变化次数N 角位移角位移=N

17、工作台位移工作台位移L=t/3602.工作台进给速度工作台进给速度(sd)的控制的控制进给脉冲的频率进给脉冲的频率f 定子绕组通定子绕组通电状态的变化频率电状态的变化频率 f 步进电步进电机的转速机的转速工作台的进给速工作台的进给速度度(sd)v 3.工作台方向的控制工作台方向的控制定子绕组通电顺序的改变定子绕组通电顺序的改变-工工作台运动方向改变作台运动方向改变第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第15页/共36页第十六页，共36页。n n功能：将一定频率功能：将一定频率f、数量、数量N和和方向的进给脉冲转换方向的进给脉冲转换(zhunhun)为控制步进电机定为控制步进电机定子各相绕组通断电

18、状态变化的子各相绕组通断电状态变化的频率、次数和顺序的功率信号。频率、次数和顺序的功率信号。第二节 步进伺服驱动(q dn)控制步进电机步进电机(dinj)的驱动控制线路的驱动控制线路第16页/共36页第十七页，共36页。1.1.脉冲混合电路脉冲混合电路脉冲混合电路脉冲混合电路将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合为将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合为将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合为将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合为正向或负向脉冲进给信号正向或负向脉冲进给信号正向或负向脉冲进给信号正向或负向脉冲进给信号2.2.加减脉冲分配电路加减脉冲分

19、配电路加减脉冲分配电路加减脉冲分配电路将同时存在将同时存在将同时存在将同时存在(cnzi)(cnzi)正向或负向脉冲合成为单一方向的进给正向或负向脉冲合成为单一方向的进给正向或负向脉冲合成为单一方向的进给正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲。脉冲。脉冲。脉冲。3.3.加减速电路加减速电路加减速电路加减速电路将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性的将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性的将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性的将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性的脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时

20、间常数脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数第二节 步进伺服驱动(q dn)控制同步器同步器同步器同步器可逆计数器可逆计数器可逆计数器可逆计数器振荡器振荡器振荡器振荡器数模转换数模转换数模转换数模转换f fa af fb b第17页/共36页第十八页，共36页。4.4.环形分配器环形分配器环形分配器环形分配器将来自加减速电路的一系列进给脉冲转换成控制步进电机将来自加减速电路的一系列进给脉冲转换成控制步进电机将来自加减速电路的一系列进给脉冲转换成控制步进电机将来自加减速电路的一系列进给脉冲转换成控制步进电机定子绕组通断电的电平信号，电平信

21、号状态的改变次数及定子绕组通断电的电平信号，电平信号状态的改变次数及定子绕组通断电的电平信号，电平信号状态的改变次数及定子绕组通断电的电平信号，电平信号状态的改变次数及顺序与进给脉冲的个数及方向对应。顺序与进给脉冲的个数及方向对应。顺序与进给脉冲的个数及方向对应。顺序与进给脉冲的个数及方向对应。常用电机有三、四、五相。常用电机有三、四、五相。常用电机有三、四、五相。常用电机有三、四、五相。脉冲分配也可用软件脉冲分配也可用软件脉冲分配也可用软件脉冲分配也可用软件(ru(ru n jin)n jin)实现。实现。实现。实现。5.5.功率放大器功率放大器功率放大器功率放大器将环形分配器输出的将环形分

22、配器输出的将环形分配器输出的将环形分配器输出的mAmA级电流进行功率放大，一般由级电流进行功率放大，一般由级电流进行功率放大，一般由级电流进行功率放大，一般由前置放大器和功率放大器组成。前置放大器和功率放大器组成。前置放大器和功率放大器组成。前置放大器和功率放大器组成。第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第18页/共36页第十九页，共36页。四、提高步进式伺服驱动系统精度的措施四、提高步进式伺服驱动系统精度的措施四、提高步进式伺服驱动系统精度的措施四、提高步进式伺服驱动系统精度的措施影响步进式伺服驱动系统精度的因素：影响步进式伺服驱动系统精度的因素：影响步进式伺服驱动系统精度的因素：影响步进式

23、伺服驱动系统精度的因素：步进电机的质量步进电机的质量步进电机的质量步进电机的质量机械传动部分的结构和质量机械传动部分的结构和质量机械传动部分的结构和质量机械传动部分的结构和质量控制控制控制控制(kngzh)(kngzh)线路线路线路线路由于受工艺和结构的限制，常常从控制由于受工艺和结构的限制，常常从控制由于受工艺和结构的限制，常常从控制由于受工艺和结构的限制，常常从控制(kngzh)(kngzh)线路采线路采线路采线路采取措施，取措施，取措施，取措施，通常采用的措施有：通常采用的措施有：通常采用的措施有：通常采用的措施有：细分电路细分电路细分电路细分电路齿隙补偿（反向间隙补偿）齿隙补偿（反向间

24、隙补偿）齿隙补偿（反向间隙补偿）齿隙补偿（反向间隙补偿）螺距误差补偿螺距误差补偿螺距误差补偿螺距误差补偿第二节 步进伺服驱动(q dn)控制第19页/共36页第二十页，共36页。n n1.1.细分电路细分电路细分电路细分电路n n 把步进电机的一步再分得细一些，减小脉把步进电机的一步再分得细一些，减小脉把步进电机的一步再分得细一些，减小脉把步进电机的一步再分得细一些，减小脉冲当量冲当量冲当量冲当量 n n2.2.齿隙补偿（反向间隙补偿）齿隙补偿（反向间隙补偿）齿隙补偿（反向间隙补偿）齿隙补偿（反向间隙补偿）n n原因：机械传动链在改变方向时，原因：机械传动链在改变方向时，原因：机械传动链在改变

25、方向时，原因：机械传动链在改变方向时，n n由于间隙的存在，会引起步进电机的空走；由于间隙的存在，会引起步进电机的空走；由于间隙的存在，会引起步进电机的空走；由于间隙的存在，会引起步进电机的空走；n n补偿原理：对实际间隙进行补偿原理：对实际间隙进行补偿原理：对实际间隙进行补偿原理：对实际间隙进行(jnxng)(jnxng)实测并保存，实测并保存，实测并保存，实测并保存，当工作台换向时增加输出脉冲进行当工作台换向时增加输出脉冲进行当工作台换向时增加输出脉冲进行当工作台换向时增加输出脉冲进行(jnxng)(jnxng)补偿。补偿。补偿。补偿。第二节 步进伺服驱动(q dn)控制细分前后(qinh

26、u)一步角位移波形图（a）无细分 （b）细分后第20页/共36页第二十一页，共36页。n n3.3.螺距误差补偿螺距误差补偿螺距误差补偿螺距误差补偿n n原因：丝杠螺距存在制造误差，会直接原因：丝杠螺距存在制造误差，会直接原因：丝杠螺距存在制造误差，会直接原因：丝杠螺距存在制造误差，会直接(zhji)(zhji)影影影影响工作台的位置精度，需要进行补偿；响工作台的位置精度，需要进行补偿；响工作台的位置精度，需要进行补偿；响工作台的位置精度，需要进行补偿；n n补偿原理：对实际间隙进行实测并保存，当工作补偿原理：对实际间隙进行实测并保存，当工作补偿原理：对实际间隙进行实测并保存，当工作补偿原理：

27、对实际间隙进行实测并保存，当工作台换向时增加输出脉冲进行补偿。台换向时增加输出脉冲进行补偿。台换向时增加输出脉冲进行补偿。台换向时增加输出脉冲进行补偿。n n实现方法：实现方法：实现方法：实现方法：n n安置两个补偿杆安置两个补偿杆安置两个补偿杆安置两个补偿杆n n按照螺距误差在补偿杆上设置挡块按照螺距误差在补偿杆上设置挡块按照螺距误差在补偿杆上设置挡块按照螺距误差在补偿杆上设置挡块n n工作台移动时行程开关与挡块接触工作台移动时行程开关与挡块接触工作台移动时行程开关与挡块接触工作台移动时行程开关与挡块接触n n时进行补偿。时进行补偿。时进行补偿。时进行补偿。第二节 步进伺服驱动(q dn)控

28、制第21页/共36页第二十二页，共36页。第二节 步进伺服驱动(q dn)控制曲线1理想的移动（没有(mi yu)螺距误差）曲线2实际的移动（有螺距的误差）曲线3补偿前的误差曲线 曲线4补偿后的误差曲线第22页/共36页第二十三页，共36页。第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统闭环控制的特点：工作可靠，抗干扰性强，精度高，闭环控制的特点：工作可靠，抗干扰性强，精度高，闭环控制的特点：工作可靠，抗干扰性强，精度高，闭环控制的特点：工作可靠，抗干扰性强，精度高，但增加了位置检测、反馈、比较等环节，结构复杂，调试但增加了位置检测、反馈、比较等环节，结构复杂，调试但增加了位置检测、反馈、比较等

29、环节，结构复杂，调试但增加了位置检测、反馈、比较等环节，结构复杂，调试困难。困难。困难。困难。一、闭环伺服系统的执行一、闭环伺服系统的执行一、闭环伺服系统的执行一、闭环伺服系统的执行(zhxng)(zhxng)元件元件元件元件数控系统对执行数控系统对执行数控系统对执行数控系统对执行(zhxng)(zhxng)元件（能量转换和信号转元件（能量转换和信号转元件（能量转换和信号转元件（能量转换和信号转换）的要求：换）的要求：换）的要求：换）的要求：尽可能减少电机的转动惯量，以提高系统的快速动态响应；尽可能减少电机的转动惯量，以提高系统的快速动态响应；尽可能减少电机的转动惯量，以提高系统的快速动态响应

30、；尽可能减少电机的转动惯量，以提高系统的快速动态响应；尽可能提高电机的过载能力，以适应经常出现的冲击现象；尽可能提高电机的过载能力，以适应经常出现的冲击现象；尽可能提高电机的过载能力，以适应经常出现的冲击现象；尽可能提高电机的过载能力，以适应经常出现的冲击现象；尽可能提高电机低速运行的稳定性和均匀性，以保证低速时伺尽可能提高电机低速运行的稳定性和均匀性，以保证低速时伺尽可能提高电机低速运行的稳定性和均匀性，以保证低速时伺尽可能提高电机低速运行的稳定性和均匀性，以保证低速时伺服系统的精度。服系统的精度。服系统的精度。服系统的精度。第23页/共36页第二十四页，共36页。1.1.直流伺服电机直流伺

31、服电机直流伺服电机直流伺服电机第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统直流伺服电机与普通直流伺服电机与普通(ptng)直流电机的工作原理直流电机的工作原理与基本结构是一样的，从结构特点上可以分为有刷和无与基本结构是一样的，从结构特点上可以分为有刷和无刷两种基本类型。两者的静态特性和动态特性完全相同，刷两种基本类型。两者的静态特性和动态特性完全相同，控制方法也相同。控制方法也相同。常用的直流电机多为大功率直流伺服电机，如低惯常用的直流电机多为大功率直流伺服电机，如低惯量电机和宽调速电机等。量电机和宽调速电机等。(1)低惯量直流伺服电机。主要有无槽电枢直流伺服电机及其他一些类型的电机。无低惯量

32、直流伺服电机。主要有无槽电枢直流伺服电机及其他一些类型的电机。无槽电枢直流伺服电机的工作原理与一般直流电机相同，其结构的差别槽电枢直流伺服电机的工作原理与一般直流电机相同，其结构的差别(chbi)和特点和特点是：电枢铁心是光滑无槽的圆体，电枢绕组用环氧树脂固化成型并粘结在电枢铁心是：电枢铁心是光滑无槽的圆体，电枢绕组用环氧树脂固化成型并粘结在电枢铁心表面上，电枢的长度与外径之比在表面上，电枢的长度与外径之比在5倍以上，气隙尺寸比一般的直流电机大倍以上，气隙尺寸比一般的直流电机大10倍以上。倍以上。它的输出功率在几十瓦至它的输出功率在几十瓦至10 kW以内。主要用于要求快速动作、功率较大的系统。

33、以内。主要用于要求快速动作、功率较大的系统。第24页/共36页第二十五页，共36页。n n(2)(2)宽调速直流力矩电机。这种电机用提高转矩的方法来改善其动态性能。它的宽调速直流力矩电机。这种电机用提高转矩的方法来改善其动态性能。它的宽调速直流力矩电机。这种电机用提高转矩的方法来改善其动态性能。它的宽调速直流力矩电机。这种电机用提高转矩的方法来改善其动态性能。它的结构形式与一般直流电机相似，通常采用他激式。目前几乎都用永磁式电枢控结构形式与一般直流电机相似，通常采用他激式。目前几乎都用永磁式电枢控结构形式与一般直流电机相似，通常采用他激式。目前几乎都用永磁式电枢控结构形式与一般直流电机相似，通

34、常采用他激式。目前几乎都用永磁式电枢控制。制。制。制。n n直流伺服电机的调速原理直流伺服电机的调速原理直流伺服电机的调速原理直流伺服电机的调速原理n n=n n调速方法：调速方法：调速方法：调速方法：改变电枢电压改变电枢电压改变电枢电压改变电枢电压V Vn n改变电势改变电势改变电势改变电势(dinsh)(dinsh)系数（实际是改变励磁回系数（实际是改变励磁回系数（实际是改变励磁回系数（实际是改变励磁回路参数）路参数）路参数）路参数）n n改变电阻（串联电阻）改变电阻（串联电阻）改变电阻（串联电阻）改变电阻（串联电阻）第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统V RaKt KtKvM-第2

35、5页/共36页第二十六页，共36页。n n直流伺服电机的调速原理直流伺服电机的调速原理直流伺服电机的调速原理直流伺服电机的调速原理n n目前使用最广泛目前使用最广泛目前使用最广泛目前使用最广泛(gu(gu ngfn)ngfn)的是脉宽调速的是脉宽调速的是脉宽调速的是脉宽调速PWMPWM（改（改（改（改变电枢电压变电枢电压变电枢电压变电枢电压V V）第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统第26页/共36页第二十七页，共36页。n n 直流伺服电机调速的优点：直流伺服电机调速的优点：直流伺服电机调速的优点：直流伺服电机调速的优点：n n直流伺服电机具有优良的控制特性，单一通过控直流伺服电机具有

36、优良的控制特性，单一通过控直流伺服电机具有优良的控制特性，单一通过控直流伺服电机具有优良的控制特性，单一通过控制电机的输入电压就可实现转速的控制，负载力矩对电机转速的影制电机的输入电压就可实现转速的控制，负载力矩对电机转速的影制电机的输入电压就可实现转速的控制，负载力矩对电机转速的影制电机的输入电压就可实现转速的控制，负载力矩对电机转速的影响响响响(y(y ngxingxi ng)ng)相对较小，电机的动态特性较好，能满足伺服系统相对较小，电机的动态特性较好，能满足伺服系统相对较小，电机的动态特性较好，能满足伺服系统相对较小，电机的动态特性较好，能满足伺服系统对响应的要求，正是由于这些优点，使

37、得伺服电机在数控机床及其对响应的要求，正是由于这些优点，使得伺服电机在数控机床及其对响应的要求，正是由于这些优点，使得伺服电机在数控机床及其对响应的要求，正是由于这些优点，使得伺服电机在数控机床及其他数控设备中得到广泛应用。他数控设备中得到广泛应用。他数控设备中得到广泛应用。他数控设备中得到广泛应用。第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统第27页/共36页第二十八页，共36页。2.交流伺服电机交流伺服电机用三相正弦电流驱动用三相正弦电流驱动(q dn)的伺服电机，按工作原理分为：的伺服电机，按工作原理分为：永磁同步型（永磁同步型（SM型）型）异步感应型（异步感应型（IM型）型）AC伺服电机

38、本身结构简单，伺服电机本身结构简单，坚固耐用，体积较小，重量较坚固耐用，体积较小，重量较轻，没有整流子机械换向，远轻，没有整流子机械换向，远比比DC伺服电机便于维护，但速伺服电机便于维护，但速度的控制方法比度的控制方法比DC伺服电机要伺服电机要复杂的多，对控制元件的容量复杂的多，对控制元件的容量及速度的要求也很高。及速度的要求也很高。AC伺服伺服电机（包括伺服单元）的价格电机（包括伺服单元）的价格高于同等高于同等DC伺服电机。伺服电机。第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统第28页/共36页第二十九页，共36页。第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统交流伺服电机的控制方法交流伺服电机的

39、控制方法(fngf)幅值控制、相位控制和幅值相位混合控制幅值控制、相位控制和幅值相位混合控制第29页/共36页第三十页，共36页。n n鉴相式伺服系统鉴相式伺服系统n n 鉴相式伺服系统是数控机床鉴相式伺服系统是数控机床中使用较多的一种位置控制系统，中使用较多的一种位置控制系统，它它n n是采用是采用(ciyng)相位比较的方相位比较的方式实现闭环（半闭环）控制的伺式实现闭环（半闭环）控制的伺服系统。服系统。n n特点：工作可靠，抗干扰性强，特点：工作可靠，抗干扰性强，精度高，由于增加了位置检测、精度高，由于增加了位置检测、反馈、比较等元件，与步进式伺反馈、比较等元件，与步进式伺服系统相比它的

40、结构比较复杂，服系统相比它的结构比较复杂，调试较困难。调试较困难。n n鉴相式伺服系统的基本组成鉴相式伺服系统的基本组成第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统第30页/共36页第三十一页，共36页。n n各组成部分的功能介绍各组成部分的功能介绍n n1.基准信号发生器基准信号发生器n n2.脉冲调相器脉冲调相器n n3.检测元件及信号处理线路检测元件及信号处理线路n n4.鉴相器鉴相器n n鉴相器的输入信号有两路，一鉴相器的输入信号有两路，一路是来自脉冲调相器的指令信路是来自脉冲调相器的指令信号；另一路是来自检测元件及号；另一路是来自检测元件及信号处理线路的反馈信号，它信号处理线路的反馈信

41、号，它反映了工作台的实际反映了工作台的实际(shj)位位移大小。移大小。n n5.驱动线路和执行元件驱动线路和执行元件第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统第31页/共36页第三十二页，共36页。鉴相式伺服系统的工作原理鉴相式伺服系统的工作原理鉴相式伺服系统利用相位比鉴相式伺服系统利用相位比较的原理进行工作较的原理进行工作当数控机床的数控装置要求当数控机床的数控装置要求工作台沿一个方向进给工作台沿一个方向进给(jn i)时，插补器或插补软件便产时，插补器或插补软件便产生一系列进给生一系列进给(jn i)脉冲。脉冲。该进给该进给(jn i)脉冲作为指脉冲作为指令脉冲，其数量代表了工作台令脉

42、冲，其数量代表了工作台的指令进给的指令进给(jn i)量，其频量，其频率代表了工作台的进给率代表了工作台的进给(jn i)速度，其方向代表了工作台速度，其方向代表了工作台的进给的进给(jn i)方向。方向。第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统第32页/共36页第三十三页，共36页。鉴相式伺服系统的工作鉴相式伺服系统的工作(gngzu)原理原理进给脉冲经过脉冲调相器转变进给脉冲经过脉冲调相器转变为相对于基准信号的相位差，为相对于基准信号的相位差，设为设为；反馈信号经过脉冲调相器转变反馈信号经过脉冲调相器转变为相对于基准信号的相位差，为相对于基准信号的相位差，设为设为 ；两者送入鉴相器中得

43、到跟随误两者送入鉴相器中得到跟随误差差-。进给开始时：进给开始时：=0，=1 跟跟随误差随误差-=1 工作工作(gngzu)台进给后：台进给后：=1 跟随误差跟随误差-=1-1 第三节 闭环伺服控制(kngzh)原理与系统第33页/共36页第三十四页，共36页。1.以旋转变压器为测量以旋转变压器为测量(cling)元件的半闭环伺服系元件的半闭环伺服系统统第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统鉴相式伺服系统的类别鉴相式伺服系统的类别(libi)第34页/共36页第三十五页，共36页。2.以光栅以光栅(gungshn)为测量元为测量元件的半闭环伺服系统件的半闭环伺服系统第三节 闭环伺服控制原理(yunl)与系统鉴相式伺服系统的类别鉴相式伺服系统的类别(libi)第35页/共36页第三十六页，共36页。