数控机床进给伺服系统

第四章数控机床进给伺服系统 数控机床进给伺服系统的组成和分类数控机床伺服系统驱动装置典型进给伺服系统 学习导论 进给伺服系统是联系CNC系统和机床进给运动执行机构的桥梁 加工工件轮廓形状精度很大程度上取决于进给伺服系统的工作精度 通过本章学习 了解完善进给伺服系统的配置由位置环 速度环 电流环以及驱动装置组成 伺服系统常见的类型及特点 掌握伺服系统常用驱动装置如步进电动机 直流伺服电动机 交流伺服电动机的结构及工作原理 典型伺服系统如开环伺服系统 半闭环伺服系统 闭环伺服系统的基本配置 控制原理及控制特点 数控机床进给伺服系统的组成和分类 一 数控机床对进给伺服系统的要求 1 可逆运行可逆运行要求能灵活地正反向运行 在加工过程中 机床工作台处于随动状态 根据加工轨迹的要求 随时实现正向或反向运动 同时要求在方向变化时 不应有反向间隙和运动损失 从能量角度看 应该实现能量的可逆转换 即在加工运行时 电动机从电网吸收能量改变为机械能 在制动时应把电动机的机械惯性能量变为电能回馈给电网 以实现快速制动 一 数控机床对进给伺服系统的要求 2 高精度数控机床是按预定的程序自动进行加工的 不同于普通机床用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响 故要求数控机床的实际位移与指令位移之差要小 现代数控机床的位移精度一般为0 01 0 001 甚至可高达0 1 m 以保证加工质量的一致性 保证复杂曲线 曲面零件的加工精度 一 数控机床对进给伺服系统的要求 3 调速范围宽调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比 由于加工所用刀具 被加工零件材质以及零件加工要求的变化范围很广 为了保证在所有加工情况下都能得到最佳的切削条件和加工质量 要求进给速度能在很大的范围内变化 即有很大的调速范围 目前最先进水平是在脉冲当量或最小设定单位为1 m的情况下 进给速度能在0 240m min的范围内连续可调 一般数控机床的进给速度能在0 24m min的范围之内连续可调并能满足加工要求 在这一调速范围内 要求速度均匀 稳定 低速时无爬行 还要求在零速时伺服电动机处于电磁锁住状态 以保证定位精度不变 一 数控机床对进给伺服系统的要求 4 快速响应并无超调为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度 对进给伺服系统除了要求有较高的定位精度外 还要求有良好的快速响应特性 即要求跟踪指令信号的响应要快 这就对伺服系统的动态性能提出了两方面的要求 一方面在伺服系统处于频繁地起动 制动 加速 减速等动态过程中 为了提高生产率和保证加工质量 则要求加 减速度足够大 以缩短过渡过程时间 一 数控机床对进给伺服系统的要求 5 低速大转矩机床加工 大多是低速时进行切削 即在低速时进给驱动要有大的转矩输出 二 进给伺服系统的组成 如图所示为数控机床进给伺服系统的组成 从图中可以看出 它是一个双闭环系统 内环是速度环 外环是位置环 位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号 这个反馈是一个负反馈 即与指令信号的相位相反 指令信号是向位置环送去加数 而反馈信号向位置环送去减数 位置检测装置通常有光电编码器 旋转变压器 光栅尺 感应同步器或磁栅尺等 它们或者直接对位移进行检测 或者间接对位移进行检测 数控机床进给伺服系统组成示意图例 三 数控机床进给伺服系统的分类 1 开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统 无位置反馈环节 如图所示 这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机 功率步进电动机 电液脉冲电动机等 由数控系统发出的指令脉冲 经驱动电路控制和功率放大后 使步进电动机转动 通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件 开环伺服系统示意图例 三 数控机床进给伺服系统的分类 2 闭环伺服系统闭环伺服系统原理图如图所示 系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及电液伺服阀 液压马达 与开环进给系统最主要的区别是 安装在执行部件上的位置检测装置 测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲 反馈到输入端并与输人位置指令信号进行比较 求得误差 依此构成闭环位置控制 由于采用了位置检测反馈装置 所以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度 闭环伺服系统的定位精度一般可达 0 01mm 0 005mm 闭环伺服系统示意图例 三 数控机床进给伺服系统的分类 3 半闭环伺服系统半闭环伺服系统如图所示 将检测元件安装在中间传动件上 间接测量执行部件位置的系统称为半闭环系统 闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差 而半闭环系统只能补偿系统环路内部分元件的误差 因此 半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些 但是它的结构与凋试都比较简单 半闭环伺服系统示意图例 三 数控机床进给伺服系统的分类 4 全数字伺服系统随着微电子技术 计算机技术和伺服控制技术的发展 数控机床的伺服系统已经开始采用高速度 高精度的全数字伺服系统 使伺服控制技术从模拟方式 混合方式走向全数字方式 由位置 速度和电流构成的三环反馈全部数字化 应用数字PID算法 用PID程序来代替PID调节器的硬件 使用灵活 柔性好 数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施 使控制精度和品质大大提高 位置 速度和电流构成的三环结构如图所示 位置 速度 电流三环结构示意图例 数控机床伺服系统驱动装置 一 电动机的类型及特点 1 电动机分为两大类一类主要是用于将电能转换成机械能 实现动力驱动的电动机 根据所使用电源种类的不同 分为直流电动机和交流电动机 交流电动机又分为异步电动机和同步电动机 而直流电动机根据励磁方式的不同分为他励 并励 串励和复励四种 另一类电动机 其主要任务是转换和传递控制信号 当然也伴随着能量的转换 我们把这种类型的电动机称为控制电动机 电动机的分类图例 二 对驱动装置的要求 精度高输出位移有足够的精度 即实际位移与指令位移之差要小 具有较长时间的大过载能力以满足低速大转矩的要求 一般直流伺服电动机要求数分钟内过载4 6倍而不损坏 调速范围宽而且从最低速到最高速时 电动机均能平滑运转 转矩波动小 特别是在低速 如0 1r min或更低 时 速度平稳而无爬行现象 能承受频繁起动 制动和反转 三 步进电动机 1 步进电动机的结构 1 步进电动机的结构型式有多种 这里介绍常用的单定子反应式 又称圆周分相式 步进电动机的结构 如图所示是单定子三相反应式步进电动机结构示意图 从图中可以看出 它由定子和转子组成 三 步进电动机 2 步进电动机的结构 2 定子定子铁芯由硅钢片叠加而成 图中定子上有六个磁极 也可以有多个 分成三对因此称为三相电动机 如果分成四对就是四相电动机 依次类推 每个磁极上均有控制绕组 每一对极上的绕组可以串联或并联 但绕线方向应使流过电流时产生的磁场方向一致 定子磁极上有均匀分布的小齿 转子由转子铁芯和转轴组成 转子铁芯同样由硅钢片叠加而成 转子上没有绕组 其上也有均匀分布的小齿 通常定子磁极上的小齿和转子上的小齿其齿宽和槽宽都是一样的 但它们之间的相对位置按一定的规律排列 错齿是步进电动机能够步进的根本原因 单定子三相反应式步进电动机结构示意图例 三 步进电动机 3 步进电动机的工作原理单三拍步进电动机步进电动机的工作原理和一般电动机的原理是不同的 它是利用电磁铁作用的原理使步进电动机旋转的 如图所示 A相首先通电 B C两相不通电 则产生A A轴线方向的磁通 并通过转子形成闭合回路 这时 A A就成为磁铁的N S极 A相定子磁极就像电磁铁一样对转子产生一个吸力 在磁场的作用下 转子总是力图转到磁阻最小的位置 如果此时A相定子的齿和转子的齿没有对准 转子的齿就转到与A A极对齐的位置 如果已对准 转子就不动 转子被磁极产生的电磁吸力牢牢吸住 转子处于定位状态 A相定子的齿对准后 B相和C相定子的齿就相对于转子错开 三相反应式步进电动机工作原理图例 三 步进电动机 4 步进电动机定子绕组的电源 1 控制电源三相步进电动机定子绕组的供电是用晶体管或晶闸管 可控硅 来代替的 有脉冲信号时 晶体管导通 无脉冲信号时 晶体管截止 脉冲持续期即脉冲宽度就是晶体管导通的时间 也就是绕组通电的时间 如图所示表示了用晶体管控制步进电动机定子绕组通电顺序的接线图 第一个脉冲使晶体管TA的基极 TA导通 A相通电 第二个脉冲送入晶体管TB使晶体管TB导通 B相通电 第三个脉冲使晶体管TC导通 C相通电 这样按顺序重复的向TA TB TC输入控制脉冲 就可以使步进电动机定子绕组按一定方式通电 用晶体管控制步进电动机通电顺序图例 三 步进电动机 5 控制系统数控机床的开环系统通常使用步进电动机 如图所示表示了步进电动机与数控系统的连接方式 其中控制脉冲由数控系统发出 步进电动机与数控系统连接图例 三 步进电动机 6 环形分配器来自数控系统的脉冲信号必须通过环行分配器才能使步进电动机的定子绕组依次通电 环形分配器是用于控制步进电动机的通电运行方式的 其作用就是将数控装置送来的一系列指令脉冲按照一定的顺序和分配方式 控制各相绕组的通电和断电 如图表示了四相电动机环形分配器的基本输入输出信号 步进电动机环行分配器基本输入输出图例 三 步进电动机 7 功率放大器 1 功率放大器的作用是将来自于环形分配器的信号放大至几安培到十几安培的电流 送至步进电动机的各绕组 三 步进电动机 8 功率放大器 2 如图所示是一种单电压供电电动机一个绕组的功放电路 它由光电耦合器 限流功率电阻以及大功率晶体管组成 单电压供电功放电路图例 三 步进电动机 9 功率放大器 3 功放电路的输入为环行分配器输出的一相绕组控制信号Vsr 当Vsr为 1 时 光电耦合器GD中的发光二极管截止 GD中的光敏三极管输出也截止 因此大功率三极管VT基极有了驱动电流 60V电压经绕组L 18 限流电阻以及大功率三极管VT形成通路 由于电感L的影响 绕组电流I按指数上升 达到稳定值3 3A 当Vsr变为 0 时 发光二极管导通 因此 光敏三极管也受光而导通 具导通电压一般小于1V 这样大功率三极管VT必然截止 绕组断电 由于绕组的电感效应 在断电时绕组两端会产生很大的感应电势 因此在绕组两端并联100 电阻和二极管D 形成放电回路 使绕组电流按指数下降 三 步进电动机 9 功率放大器 3 功放电路的输入为环行分配器输出的一相绕组控制信号Vsr 当Vsr为 1 时 光电耦合器GD中的发光二极管截止 GD中的光敏三极管输出也截止 因此大功率三极管VT基极有了驱动电流 60V电压经绕组L 18 限流电阻以及大功率三极管VT形成通路 由于电感L的影响 绕组电流I按指数上升 达到稳定值3 3A 当Vsr变为 0 时 发光二极管导通 因此 光敏三极管也受光而导通 具导通电压一般小于1V 这样大功率三极管VT必然截止 绕组断电 由于绕组的电感效应 在断电时绕组两端会产生很大的感应电势 因此在绕组两端并联100 电阻和二极管D 形成放电回路 使绕组电流按指数下降 三 步进电动机 10 功率放大器 4 高低压驱动电路特点是高压充电 低压维持 步进电动机的绕组每次通电时 首先接通高压 以保征电流以较快的速度上升 然后改由低压供电 维持绕组中的电流为额定值 通常高压导通时间固定在100 600 s之间的某一值 用符号tH表示 如图所示为其驱动原理框图 高低压驱动原理图例 三 步进电动机 11 功率放大器 5 当环形分配器的某相绕组控制信号Vsr由低变高时 通过前置放大 大功率晶体管VTd导通 同时 单稳态电路输出一个固定宽度tH的高电平脉冲信号 在此tH期间大功率三极管VTg导通 高压 VH 供电电流经VTg 电阻R 电动机绕组 电感L VTd快速上升 当单稳电路所规定的时间tH结束 VTg即截止 此时由于二极管D1的作用 自然改由低压VL供电 维持绕组所需的额定电流 当环形分配器输出电平Vsr由高变低时 VTg VTd三极管截止 但由于绕组电流不能突变 因此电流回路自然改为VL D1 R L D2 VH 以所加VL VH的负电压迅速衰减至零 三 步进电动机 12 步进电动机驱动装置与数控装置的连接步进电动机的驱动装置分为两类 一类是驱动装置本身包含有环形分配器 称为硬环分 数控装置发出脉冲 每一个脉冲对应电动机转过一个固定的角度 另一类是驱动装置没有环形分配器 环形分配器需由数控装置中的软件来完成 称为软环分 由数控装置直接控制步进电动机各绕组的通断电 硬件环行分配器驱动与数控装置的连接如图所示 硬环分驱动与数控装置的连接图例 三 步进电动机 12 步进电动机的使用 1 步进电动机无积累误差步进电动机驱动装置接受来自数控机床的脉冲指令 控制步进电动机的通电顺序 将脉冲信号转换为角位移 角位移与脉冲数成严格的比例关系 无积累误差 步进电动机的起动前面已经讨论过 步进电动机的起动频率不能超过其最高起动频率 步进电动机的调速步进电动机的转速与控制脉冲频率成正比 改变控制脉冲的频率 可以在很宽的范围内调节电动机的转速 三 步进电动机 13 步进电动机的使用 2 步进电动机的换向改变步进电动机定子绕组的通电顺序 可以方便地控制电动机的正反转 步进电动机的制动在没有控制脉冲输入时 只要维持绕组电流不变 电动机即可有电磁力矩维持其定位位置 不需要附加机械制动装置 四 直流伺服电动机 1 直流电动机的构成 1 磁极如图所示 磁极是用来在电动机中产生磁场的 它分为极心和极掌两部分 极心上放置励磁绕组 极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度的分布最为合适 并用来挡住励磁绕组 磁极是用硅钢片叠加而成的 固定在机座上 机座也是磁路的一部分 机座通常用铸钢制成 直流电动机的磁极及磁路图例 四 直流伺服电动机 2 直流电动机的构成 2 电枢电枢是电动机中产生感应电动势的部分 直流电动机的电枢是旋转的 电枢铁心呈圆柱状 由硅钢片叠加而成 表面冲有槽 槽中放电枢绕组 如图所示 直流电动机的电枢和铁心结构图例 四 直流伺服电动机 3 直流电动机的构成 3 换向器换向器是直流电动机中的一种特殊装置 其外形如图所示 它是由楔形铜片组成 铜片间用云母垫片绝缘 换向铜片放置在套筒上 用压圈固定 换向器装在转轴上 电枢绕组的导线按一定规则与换向片相连接 换向器凸出部分是焊接电枢的 换向器结构图例 四 直流伺服电动机 4 直流电动机的工作原理 如图所示为直流电动机的工作原理图 电刷A接直流电源的正极 电刷B接负极 电流Ia总是从电刷A流入 经电枢绕组后由电刷B流出 由图可见 通有电流的两个有效边ab及cd在磁场中要受到电磁力的作用 其方向由左手定则确定 而且由电磁力所形成的电磁转矩将使电枢逆时针方向旋转 直流电动机工作原理图例 四 直流伺服电动机 5 直流电动机的分类 如图所示 直流电动机根据励磁绕组与电枢绕组的连接方式不同可分为他励 并励 串励和复励四种 直流电动机按励磁方式分类原理图例 四 直流伺服电动机 6 电磁式直流伺服电动机 电磁式直流伺服电动机是一种他励直流电动机 其励磁绕组和电枢绕组分别用两个独立的电源供电 通常将励磁绕组接在固定的直流电源Uf上 而将控制信号电压Ua 在数控机床中该电压来自数控系统 加在电枢绕组上进行调节控制 如图所示 电磁式直流伺服电动机接线原理图例 四 直流伺服电动机 6 直流伺服电动机的PWM调速系统 1 晶体管直流脉宽调制 PulseWidthModulation PWM 调速系统简称脉宽调速系统 是利用脉宽调制器对大功率晶体管开关放大器开关时间进行控制 将直流电压转变成一系列某一频率的单极性或双极性方波电压 加到直流电动机电枢的两端 通过对方波脉冲宽度的控制 改变电枢平均值 从而达到调整电动机转速的目的 四 直流伺服电动机 7 直流伺服电动机的PWM调速系统 2 如图所示为直流伺服电动机的PWM调速系统原理框图 它是一个转速电流双闭环的控制系统 系统的核心是晶体管脉宽放大器 电流控制器的输出电压Uc经变换后的速度指令电压与三角波电压UT脉宽调制电路调制后得到的凋宽的脉冲电压 作为控制信号输送到晶体管脉宽调制放大器各相关晶体管的基极 使调宽脉冲电压得到放大 成为直流伺服电动机电枢的输入电压 直流伺服电动机的PWM调速原理图例 四 直流伺服电动机 8 直流伺服电动机的PWM调速系统 2 晶体管脉宽放大器晶体管脉宽放大电路由整流桥电路和H桥路组成 如图所示 整流桥经整流三相交流电 得到一个不变的电压 这个电压作用在H桥路上 而H桥路上由四只晶体管组成 电动机则接在H桥的横路上 四只晶体管导通方案VTI与VT3导通或者VT2与VT4导通 如果VTl与VT3导通 电流在电动机中是从左向右流动 如果此时是正转 那么当VT2与VT4导通 则电动机中电流方向正好反过来 当然电动机的转向也反过来 PWM主电路图例 四 直流伺服电动机 8 直流伺服电动机的PWM调速系统 2 晶体管脉宽放大器晶体管脉宽放大电路由整流桥电路和H桥路组成 如图所示 整流桥经整流三相交流电 得到一个不变的电压 这个电压作用在H桥路上 而H桥路上由四只晶体管组成 电动机则接在H桥的横路上 四只晶体管导通方案VTI与VT3导通或者VT2与VT4导通 如果VTl与VT3导通 电流在电动机中是从左向右流动 如果此时是正转 那么当VT2与VT4导通 则电动机中电流方向正好反过来 当然电动机的转向也反过来 四 直流伺服电动机 9 直流伺服电动机的PWM调速系统 3 调速的方法是改变加在电动机电枢两端的端电压平均值 一个不变的整流电压 如何改变它的平均电压呢 利用的方法是调节它的占空比 也就是让晶体管断续导通 晶体管可以做到这一点 给晶体管提供给基极的电流是 个振荡的电流就可以了 五 交流伺服电动机 1 永磁式交流伺服电动机的结构 永磁式交流伺服电动机由三部分组成的 定于 转子及检测元件 如图所示是永磁交流伺服电动机的横断面图及永磁交流伺服电动机的纵剖面图 永磁交流伺服电动机的横断面图例 永磁交流伺服电动机的纵剖面图例 五 交流伺服电动机 2 永磁式交流伺服电动机的结构 定子与普通感应电动机定子基本相同 为了使其散热方便 多是不用外壳 直接用定子叠片当做外壳 因此 定子外圈多采用多边形结构 转子是由转轴 转子铁心及永磁钢组成的 五 交流伺服电动机 3 永磁式交流伺服电动机的工作原理 如图所示 永磁式交流伺服电动机的工作原理 与一般的同步电动机原理大致相同 只是转子不用去励磁了 而是利用永磁材料做成的剩余磁场 当定子通上三相交流电之后 定子上产生了一个旋转的磁场 这个旋转磁场在气隙内旋转 而转子是一个永久磁铁产生的磁场 这两个磁场相互吸引 这样 定子的旋转磁场就带动着转子永久磁铁的磁场旋转起来 转子的转速与定子的旋转磁场的转速相同 大小均为60f p 其中f为电源的频率 p定子绕组的磁极对数 因而这种电动机称为同步电动机 永磁交流伺服电动机工作原理图例 五 交流伺服电动机 4 永磁式交流伺服电动机的起动性能 1 一般说交流同步电动机的起动性能不好 原因是起动时 转子处于静止状态 这样 定子通入三相交流电后 形成了旋转磁场 它的速度很快 当旋转磁场的N极 S极分别快速经过转子磁极时 定子的磁极与转子的磁极相吸引或排斥 因此平均起动转矩为0 再加上转子及其负载有一定转动惯量 因此转子跟不上定子旋转磁场的速度 所以起动有一定的困难 五 交流伺服电动机 5 永磁式交流伺服电动机的起动性能 2 交流同步电动机在转子磁极上加上 套起动绕组 即鼠笼条 结构如图和起动工作原理如图所示 当定子的三相绕组通入交流电后 产生旋转磁场 鼠笼条作切割磁力线运动 因而产生感应电动势及感应电流 用右手法则判断电流的方向 于是鼠笼条成为了一个通电导体 而这个导体又位于磁场中 所以会受到磁场力的作用 用左手法则判断受力方向 这个力便形成了转子的旋转力矩 此时转子的旋转速度n小于但非常接近于定子旋转磁场的速度n0 这时将转子的励磁绕组通电而产生磁场 则转子即刻跟随定子旋转磁场以同样的速度旋转起来 即交流同步电动机是以异步的方式起动的 正常工作后 鼠笼条不再起作用 交流同步电动机转子结构图例 同步电动机异步起动工作原理图例 五 交流伺服电动机 6 永磁式交流伺服电动机的机械性能 与直流伺服电动机一样 交流伺服电动机的性能也可用转矩 速度特性曲线来表示 如图所示 图中区域I为连续工作区 为断续工作区 在连续工作区内 速度和转矩的任何组合都可连续工作 断续工作区的极限 一般受到电动机的供电电压的限制 交流伺服电动机的机械特性曲线图例 五 交流伺服电动机 7 永磁式交流伺服电动机的调速 2 典型的SPWM正弦波脉宽调制变频器工作原理如图所示 变频调速装置主要由整流器和逆变器两大部分组成 整流器先将频率f为50Hz的三相交流电经过变压 二极管整流和电容滤波后 得到恒定的直流电压 然后送入6个大功率晶体管构成的逆变器主电路 输出三相频率和电压有效值均可调整的等效于正弦波的脉宽调制波 SPWM波 即可拖动三相交流伺服电动机工作 并实现了变速 变频调速工作原理图例 五 交流伺服电动机 8 永磁式交流伺服电动机的调速 3 SPWM逆变器可以产生正弦脉宽调制波即SPWM波形 如图所示 其工作原理为 把一个正弦半波分成N等份 然后把每一等份的正弦曲线与横坐标轴所包围的面积都用1个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替 这样可得到N个等高而不等宽的脉冲序列 它对应着1个正弦波的半周 对正负半周都这样处理 即可得到2N个脉冲 这就是与正弦波等效的正弦脉宽调制波 与正弦波等效的SPWM波形图例 典型进给伺服系统 一 由步进电动机构成的开环控制系统 1 开环系统的基本配置 采用步进电动机开环伺服系统的数控机床 其数控装置多由单片机构成 步进电动机由于采用脉冲方式工作 这个功能由环形脉冲分配器实现 而脉冲的多少需要根据控制对象的运动轨迹计算得到 因此需要有插补运算器 数控机床所用的功率步进电动机要求控制驱动系统必须有足够的驱动功率 因此还要求有功率驱动部分 为了保证步进电动机不失步地启停 要求控制系统具有升降速控制环节 伺服系统不带检测装置 如图所示为步进电动机开环伺服系统原理图 步进电动机开环进给伺服系统原理图例 一 由步进电动机构成的开环控制系统 2 基本控制原理 由数控装置送来的 定频率和数量的指令脉冲 经步进电动机环形分配器分配和功率放大器放大后驱动步进电动机旋转 步进电动机的角位移或线位移与脉冲数成正比 其转速与脉冲频率成正比 它将指令脉冲变成步进电动机输出轴的旋转 二 闭环进给位置伺服系统 1 数控机床的位置控制是数控机床伺服系统的重要组成部分 闭环位置控制主要采用直流伺服电动机或交流伺服电动机驱动 机床工作台的实际位移可通过检测装置及时反馈给数控装置中的比较器 以便与指令位移信号进行比较 两者的差值又作为伺服电动机的控制信号 进而驱动工作台消除位移误差 闭环进给位置伺服系统控制原理其如图所示 脉冲比较伺服系统原理图例 二 闭环进给位置伺服系统 2 脉冲比较伺服系统 1 工作原理整个系统按功能模块大致可分为三部分 采用光电脉冲编码器产生位置反馈脉冲Pf 实现指令脉冲F与反馈脉冲Pf的脉冲比较环节 以取得位置偏差信号e 以位置偏差e作为速度调节系统 二 闭环进给位置伺服系统 3 脉冲比较伺服系统 2 脉冲比较电路在脉冲比较伺服系统中 实现指令脉冲F与反馈脉冲Pf的比较后 才能检测出位置的偏差 脉冲比较电路的基本组成有两个部分 一是脉冲分离部分 二是可逆计数器 其控制框图如图所示 脉冲比较环节框图图例 二 闭环进给位置伺服系统 4 相位比较伺服系统 相位伺服系统的组成及工作原理如图所示是一个采用感应同步器作为位置检测元件的相位伺服系统原理框图 在该系统中 感应同步器取相位工作状态 以定尺的相位检测信号经整形放大后所得的PB 作为位置反馈信号 指令脉冲F经脉冲调相后 转换成重复频率为f0的脉冲信号PA PA 和PB 为两个同频的脉冲信号 它们的相位差 反映了指令位置与实际位置的偏差 由鉴相器判别检测 伺服放大器和伺服电动机构成的调速系统 接受相位差 信号以驱动工作台朝指令位置进给 实现位置跟踪 相位比较伺服系统原理框图图例 二 闭环进给位置伺服系统 5 幅值比较伺服系统 幅值比较伺服系统是以位置检测信号的幅值大小来反映机械位移的数值 并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比较构成的闭环控制系统 该系统的特点之一是所用的位置检测元件应工作在幅值工作方式 而幅值比较伺服系统常用的检测元件是感应同步器和旋转变压器 图4 57为幅值比较伺服系统的原理框图 幅值比