第四章 进给运动的控制.ppt

第四章进给运动的控制 第一节 概述 第二节 步进驱动及开环进给控制 第三节 位置检测装置 第四节 交直流伺服驱动装置 一 进给伺服系统的概念及要求 1概念 进给伺服系统是一种高精度的位置跟踪与定位系统 伺服 servo 系统的作用就是严格执行控制系统发出的速度指令 位置指令 伺服驱动系统的框图 第一节 概述 返回目录 退出 上一页 下一页 从图中驱动装置可划分1 步进驱动 由步进电机及驱动系统构成 不含有速度环及位置环电机分为 反应式 转子为铁芯 2 直流驱动 采用交直变换原理 根据速度指令输出相当的直流电压 加到直流电机的电枢上 来改变电机的转速 电机为恒磁式 励磁为永磁铁 缺点是存在机械换向 需维护 3 交流伺服驱动 根据 n 60f pn为电机转速 f为交流电源的频率 p为极对数 根据速度指令 通过调节输出的f即可改变电机的转速 电机为交流同步电机 转子为永磁铁 返回目录 退出 上一页 下一页 2要求 1 精度高 精度指定位精度 停止时实际位移与位置指令误差 2 轮廓跟随精度 插补运动中位置误差的稳定 3 快速响应 无超调 加减速时间快 但不能有超调和振荡调速范围宽 返回目录 退出 上一页 下一页 一 应用范围 简易型数控机床 普通机床的数控改造 第二节步进驱动及开环进给控制 返回目录 退出 上一页 下一页 二 步进驱动的原理 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构 当步进驱动器接收到一个脉冲信号 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 1组成 步进驱动控制装置 步进电机 减速机构 实例如下图 2各部分的作用 数控装置 根据控制要求发出指令脉冲 指令脉冲的个数代表移动距离 脉冲频率代表移动速度 每发出一个脉冲电机旋转一个特定的角度 即步距角环形分配 根据指令方向 依次产生步进电机的各相的通电步骤 分为硬件环分 软件环分两种 放大电路 放大环形分配的各相指令 产生步进电机的各相的驱动电流 返回目录 退出 上一页 下一页 3三相三拍的原理介绍 做出课件模拟步进电机的动作步骤三相是指步进电机有三相定子绕组 三拍是指每三次转换为一个循环三相步进电机 定子有六个磁极 分为三对 每个磁极上装有控制绕组 一对磁极通电后 对应产生N S极磁场 转子为带齿的铁心 反应式 或磁钢 混合式 当定子三相依次通电时 三对磁极依次产生气隙磁场 吸引转子一步步转动 返回目录 退出 上一页 下一页 动画模拟 三相三拍的通电次序为 A B C A AB BC CA AB三相六拍的通电次序为 A AB B BC C CA A可见三相三拍与三相六拍相比较 六拍的步距角小 精度高 设A相首先通电 转子齿与定子A A 对齐 图a 然后在A相继续通电的情况下接通B相 这时定子B B 极对转子齿2 4产生磁拉力 使转子顺时针方向转动 但是A A 极继续拉住齿1 3 因此 转子转到两个磁拉力平衡为止 这时转子的位置如图3b所示 即转子从图 a 位置顺时针转过了15 接着A相断电 B相继续通电 这时转子齿2 4和定子B B 极对齐 图c 转子从图 b 的位置又转过了15 4三相六拍 返回目录 退出 上一页 下一页 5三相硬件环分得的驱动控制如图 CLK为指令脉冲DIR为旋转方向 FULL HALF为整步 半步的控制 返回目录 退出 上一页 下一页 6驱动电路单电源 Vsr信号为高电平 GD 光电隔离二极管不导通 三极管截止 VT基极有驱动电流 L上通电 Vsr信号为低电平 GD 光电隔离二极管导通 三极管导通 VT基极没有驱动电流 L上断电 返回目录 退出 上一页 下一页 高低压驱动电路 高压充电低压维持 简介其原理 返回目录 退出 上一页 下一页 三 步进电机的主要技术指标 1步距角 电机每步的转角称为步距角 步距角越小精度越高 2最大静转矩 步进电机最大的承载能力 3启动频率 步进电机由静止突然启动 进入不失步的正常运行的最高频率 超过了启动频率 转子跟不上定子的磁场旋转 会产生失步 4连续运行频率当电机启动后 能逐渐不失步连续升速的最高频率 返回目录 退出 上一页 下一页 一 位置检测元件的分类及要求 1位置检测元件的技术指标 分辨率为位置检测装置所能测量的最小移动量 分辨率不仅取决于检测元件还取决于测量电路 2位置检测的分类 直接测量 全闭环不受传动精度的影响有直线光栅尺和感应同步器间接测量 半闭环 检测角度 受传动精度的影响有光电编码器 旋转变压器 3速度检测元件 测速电机 光电编码器 第三节 位置检测装置 返回目录 退出 上一页 下一页 二 光电编码器1构成 光源 指示光栅 圆光栅 光电元件 上一页 返回目录 退出 上一页 下一页 2信号 A B CA B相差90度用于计数及方向判别 C用于回参考点通过倍频电路来提高分辨率 返回目录 退出 上一页 下一页 三 光栅尺 光栅尺外形图 返回目录 退出 上一页 下一页 分类方法1 物理光栅尺 计量光栅尺 分类方法2 透射光栅尺 反射光栅尺 分类方法3 增量式光栅尺 绝对是光栅尺 1种类 返回目录 退出 上一页 下一页 2结构 光源 指示光栅 标尺光栅 光电元件 3原理1 指示光栅与标尺光栅刻度等宽 2 平行装配 且无摩擦3 两尺条纹之间有一定夹角4 当指示光栅与标尺光栅相对运动时 会产生与光栅线垂直的横向的条纹 该条纹为莫尔条纹 当移动一个栅距时 摩尔条纹也移动一个纹距 返回目录 退出 上一页 下一页 4输出信号与测量电路 1 产生原理 返回目录 退出 上一页 下一页 2 鉴相与倍频 返回目录 退出 上一页 下一页 1应用 应用在早期的数控机床中 2电机的结构 定子 永磁体转子 电枢检测元件 测速发电机或编码器 3控制原理 直流电机的机械特性公式 n Ua Ce RaM CeCm 2改变Ua调速 恒转矩 低速段改变 弱磁 恒功率 高速段改变Ra 一般不用 一 直流驱动装置 第四节 交直流伺服驱动装置 返回目录 退出 上一页 下一页 4控制装置 由于使用永磁电机 励磁是不用调节的 装置仅用来调节电枢电压 调压装置的类型 a可控硅调压电路 改变可控柜元件的导通角 从而获得平均电压的调节 返回目录 退出 上一页 下一页 控制框图 返回目录 退出 上一页 下一页 b晶体管脉宽调制调速系统PWM 功率元件工作在开关状态 开关频率恒定 调节一个周期内晶体管的导通时间来改变直流电机电枢两端的平均电压 填写 返回目录 退出 上一页 下一页 控制电路框图 各部分的作用 返回目录 退出 上一页 下一页 二者的区别 可控硅是直接对交流电进行控制PWM是先将交流整流成稳定的直流电压 再对直流电压进行开关控制PWM由于频率高 所以电流脉动小 返回目录 退出 上一页 下一页 二 交流伺服驱动装置 交流伺服电机取代直流伺服电机是由于直流电机存在机械换向 需定期进行维护 1交流伺服电机的结构 交流伺服电机也可称为同步电机或里翻外的直流电机 3 21交流伺服电机的结构 1 电机轴2 前端盖3 三相绕组线圈4 压板5 定子6 磁钢7 后压板8 动力线接头9 后端盖10 反馈插头11 脉冲编码器12 电机后 返回目录 退出 上一页 下一页 交流伺服驱动 交流伺服电机及连