第三章进给伺服系统

1、第三节第三节 闭环伺服系统闭环伺服系统一、概述一、概述第三章进给伺服系统第三章进给伺服系统 1位置检测单元位置检测单元将检测元件检测到的位置信号进行处理，将检测元件检测到的位置信号进行处理， 以形成位置反馈信号。以形成位置反馈信号。2比较环节比较环节完成指令信号与反馈信号的比较等。完成指令信号与反馈信号的比较等。3伺服驱动伺服驱动功率放大，以驱动伺服元件。功率放大，以驱动伺服元件。4伺服电机伺服电机将电信号转换成机械运动。将电信号转换成机械运动。 (一一) 系统组成系统组成指令信号指令信号比较环节比较环节伺服驱动伺服驱动伺服电机伺服电机 位置检测单元位置检测单元 反馈信号反馈信号 第三章第三章

2、 进给伺服系统进给伺服系统 全闭环全闭环 精度高精度高，但结构复杂、成本高，调试维修困难，但结构复杂、成本高，调试维修困难，适于大型精密数控系统。适于大型精密数控系统。半闭环半闭环 精度较全闭环差些，但精度较全闭环差些，但结构简单，造价低结构简单，造价低且且 便于调整。便于调整。交流伺服交流伺服 直流伺服直流伺服 数字伺服数字伺服 (二二) 闭环伺服系统分类闭环伺服系统分类具有较高精度、速度、和动态特性具有较高精度、速度、和动态特性定位与控制精度高，速度快，稳定性好，有故定位与控制精度高，速度快，稳定性好，有故障自诊断和报警功能障自诊断和报警功能第三章第三章 进给伺服系统进给伺服系统 1 1对

3、检测元器件的要求对检测元器件的要求 1) 1) 可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强 2) 2) 精度、速度满足要求精度、速度满足要求 3) 3) 对环境的适应性强，维护方便对环境的适应性强，维护方便 4) 4) 成本低、寿命长成本低、寿命长 5) 5) 便于与数控系统联接便于与数控系统联接 (三三) 闭环伺服系统常用的检测元件闭环伺服系统常用的检测元件第三章第三章 进给伺服系统进给伺服系统 从检测的从检测的信号分信号分 直线型直线型回转型回转型 从传感器从传感器输出信号分输出信号分 模拟式模拟式 数字式数字式 2检测传感器分类检测传感器分类直线感应同步器、长光栅、直线感应同步器、长光

4、栅、 长磁栅、激光干涉仪长磁栅、激光干涉仪旋转变压器、圆感应同步器、旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅、圆磁栅、编码盘圆光栅、圆磁栅、编码盘光栅检测装置、脉冲编码盘光栅检测装置、脉冲编码盘旋转变压器、感应同步器旋转变压器、感应同步器第三章第三章 进给伺服系统进给伺服系统 感应同步器感应同步器抗干扰能力强抗干扰能力强，对，对环境要求低环境要求低，维护简单维护简单、 价格低，价格低，寿命较长寿命较长，具有一定精度、，具有一定精度、应用较广应用较广。 光栅光栅抗干扰能力抗干扰能力强，强，高分辨率高分辨率、大量程大量程、测量、测量精度高精度高、 应用广泛应用广泛，但，但成本较高成本较高，制造，制造工艺要

5、求高工艺要求高。 磁栅磁栅抗干扰能力抗干扰能力强，对强，对环境条件要求环境条件要求低，安装调整方便，低，安装调整方便，精度高精度高，但，但存在磁信号的稳定性存在磁信号的稳定性，磁头磨损磁头磨损等问题，有应用。等问题，有应用。 3检测元件的特点检测元件的特点第三章第三章 进给伺服系统进给伺服系统 旋转变压器旋转变压器抗干扰能力强、工作可靠、结构简单、动抗干扰能力强、工作可靠、结构简单、动作灵敏、信号输出幅度大，对环境无特殊要求，维护方便，作灵敏、信号输出幅度大，对环境无特殊要求，维护方便，应用广泛。应用广泛。 脉冲编码盘脉冲编码盘工作可靠、精度高，结构紧凑、成本低，工作可靠、精度高，结构紧凑、成

6、本低，是精密数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元是精密数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元器件，但器件，但抗污染能力差，易损坏抗污染能力差，易损坏。 激光干涉仪激光干涉仪精度很高，但精度很高，但抗震性、抗干扰能力差抗震性、抗干扰能力差，价格较贵，应用较少价格较贵，应用较少。 3检测元件的特点检测元件的特点第三章第三章 进给伺服系统进给伺服系统 (一一) 对驱动元件的要求对驱动元件的要求 1 1转动惯量小转动惯量小以提高系统的快速响应以提高系统的快速响应3 3低速运行的稳定性、均匀性好低速运行的稳定性、均匀性好以保证低速时的精度以保证低速时的精度2 2过载能力强过载能力强以适应经

7、常出现的过冲现象以适应经常出现的过冲现象第三章第三章 进给伺服系统进给伺服系统 1 1小惯量直流伺服电动机小惯量直流伺服电动机 转子细而长转子细而长大大减小了电动机的大大减小了电动机的转动惯量转动惯量, , 快速响应性能好。快速响应性能好。2) 气隙较大气隙较大换向性好换向性好，时间常数，时间常数5-10ms5-10ms。 3) 转子上无槽转子上无槽电感小，时间常数小电感小，时间常数小，动态特性，动态特性 好，响应快，低速运转稳定而均匀。好，响应快，低速运转稳定而均匀。 4) 气隙磁密度大气隙磁密度大过载能力强过载能力强。 输出功率几输出功率几+ +瓦瓦+ +千瓦，转速千瓦，转速1-3000r

8、/min1-3000r/min 最大转矩约最大转矩约20N.m,20N.m,但输出需加齿轮减速但输出需加齿轮减速 第三章第三章 进给伺服系统进给伺服系统 1) 转矩大转矩大2) 调速范围宽调速范围宽 10001500r/min3) 转动惯量小转动惯量小 设计时可设计时可忽略忽略其它传动件的其它传动件的转动惯量转动惯量 4) 动态响应好动态响应好 最大峰值转矩最大峰值转矩可达可达额定转矩额定转矩的的1010倍，可在倍，可在3 3倍额定倍额定转矩的过载条件下工作转矩的过载条件下工作30min30min，但，但快速响应性能快速响应性能不如小不如小惯量电机。惯量电机。 5) 过载能力强过载能力强v特点

9、：特点：2 2大惯量直流伺服电动机大惯量直流伺服电动机 第三章第三章 进给伺服系统进给伺服系统 小惯量 中惯量 大惯量 型 号 参数 OL 5L 10LH OM 20M 30M 0 10 20H 40 50 70H 输出功率(kw) 0.3 0.6 6.0 0.4 1.8 2.8 0.4 1.1 3.1 5 10 22 暂定转矩(N.m) 2.5 1.9 19 2.7 22.5 37.2 2.7 11.8 39.2 32.3 65.7 23.5 最大转矩(N.m) 12.3 21.5 147 14.7 112 186 24 114 241 245 510 520 最大转速(r/min) 200

10、0 2000 2000 2000 1500 1200 2000 1500 1500 2000 2000 2000 电枢转动惯量 (9.8N.m2) 0.00019 0.00088 0.015 0.002 0.013 0.036 0.0028 0.02 0.038 0.12 0.19 0.60 机械时间常数(ms) 7 5 7 10 10 8 25 19 17 24 15 18 热 时 间 常 数(min) 15 20 10 10 70 85 50 100 35 120 120 35 重量(kg) 10 15 66 12 30 53 12 25 45 90 125 220 第三章第三章 进给伺服

11、系统进给伺服系统 1 1笼型异步型伺服电动机笼型异步型伺服电动机定子定子 对称三相绕组对称三相绕组产生旋转磁场产生旋转磁场 转子转子 转子绕组（导体）转子绕组（导体） 切割磁通切割磁通产生感应电势产生感应电势 感应电流感应电流 电磁转矩电磁转矩 转子转动转子转动 转子转子转动方向转动方向与旋转磁场方向与旋转磁场方向不同不同异步异步 转子转子转动速度转动速度小于小于旋转磁场速度旋转磁场速度n n0 0 转差率转差率 ( (三三) ) 交流伺服电动机交流伺服电动机第三章第三章 进给伺服系统进给伺服系统 2 2永磁同步型伺服电动机永磁同步型伺服电动机 v 定子定子 三相电枢绕组三相电枢绕组产生产生旋

12、转磁场旋转磁场 v 转子转子 永磁体永磁体 产生恒定产生恒定励磁磁场励磁磁场 v 通电的电枢绕组及载流导体切割磁力线通电的电枢绕组及载流导体切割磁力线产生电磁力产生电磁力 以反作用力方式以反作用力方式驱动转子驱动转子永磁体永磁体转动转动 v 转子转子转动的方向转动的方向与旋转磁场方向与旋转磁场方向相同相同同步同步 ( (三三) )交流伺服电动机交流伺服电动机第三章第三章 进给伺服系统进给伺服系统 机机 种种 比比 较较 内内 容容 永永 磁磁 同同 步步 型型 A C 伺伺 服服 电电 动动 机机 异异 步步 型型 A C 伺伺 服服 电电 动动 机机 D C 伺伺 服服 电电 动动 机机 电

13、电 机机 构构 造造 比比 较较 简简 单单 简简 单单 因因 有有 电电 刷刷 和和 换换 向向 器器 ，结结 构构 复复 杂杂 变变 流流 机机 构构 C TR 或或 P-MO SFET 逆逆 变变 器器 或或 P-MO SFET 逆逆 变变 器器 大大 转转 矩矩 约约 束束 永永 磁磁 体体 去去 磁磁 无无 特特 殊殊 要要 求求 整整 流流 火火 花花 ， 永永 磁磁 体体 退退 磁磁 发发 热热 情情 况况 只只 有有 定定 子子 线线 圈圈 发发 热热 ， 有有 利利 定定 、转转 子子 均均 发发 热热 ，需需采采 取取 措措 施施 转转 子子 发发 热热 ， 不不 利利 高

14、高 速速 化化 比比 较较 容容 易易 容容 易易 稍稍 有有 困困 难难 大大 容容 量量 化化 稍稍 微微 困困 难难 容容 易易 难难 制制 动动 容容 易易 困困 难难 容容 易易 控控 制制 方方 法法 稍稍 复复 杂杂 复复 杂杂 (矢矢 量量 控控 制制 ) 简简 单单 磁磁 通通 产产 生生 永永 磁磁 体体 二二 次次 感感 应应 磁磁 通通 永永 磁磁 体体 感感 应应 电电 压压 电电 枢枢 感感 应应 电电 压压 二二 次次 阻阻 抗抗 电电 压压 电电 枢枢 感感 应应 电电 压压 环环 境境 适适 应应 性性 好好 好好 受受 火火 花花 限限 制制 维维 护护 性

15、性 无无 无无 较较 麻麻 烦烦 1 1DCDC电动机转速公式电动机转速公式 ( (一一) ) 直流伺服电动机的调速直流伺服电动机的调速 n= U UD D /Ce - RI/ Ce U UD D 电枢电压电枢电压 C Ce e与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数 励磁磁通励磁磁通 I I 励磁电流励磁电流 R R电枢回路电阻电枢回路电阻 改变改变 U UD D 调速调速的方法的方法 可控硅调速可控硅调速PWM调速调速1 ) 可控硅可控硅电力半导体电力半导体器件，是器件，是弱电弱电控制到控制到强电强电输出的桥梁作用。输出的桥梁作用。包括：包括：阳极阳极（A）、）、阴极阴极（K）、）、控制级

16、控制级（G） 导通条件：导通条件：）阳极阳极A： 阴极阴极K： ）控制级控制级G 加正向电压。加正向电压。 2 2可控硅调速可控硅调速（SCR-M）( (一一) ) 直流伺服电动机的调速直流伺服电动机的调速 KAG( (一一) ) 直流伺服电动机的调速直流伺服电动机的调速 2) SCR-M调速系统 特点：特点：工作工作频频率率低低，输出输出电压波形电压波形差差，电流脉动电流脉动分量大分量大， 这不但这不但使电机发热，工作条件恶化，也影响电网电压使电机发热，工作条件恶化，也影响电网电压 波动。波动。位置检测及反馈位置检测及反馈 速度检测及反馈速度检测及反馈 位置位置 位置位置 速度速度 速度速度

17、 电流电流 uk 指令指令 偏差偏差 指令指令 偏差偏差 指令指令 MM电流检测反馈电流检测反馈 UDM1) 脉宽调速原理脉宽调速原理PWM Pulse Width Modulation 直流电源电压直流电源电压U U经经开关开关S S转换为转换为一定频率一定频率的的方波电压方波电压加到加到直流电机直流电机电枢电枢上，通过对方波上，通过对方波脉冲宽度脉冲宽度的控制，就可改变电枢的控制，就可改变电枢的的平均电压平均电压，从而调节电机，从而调节电机转速。转速。 SUuDMMM设开关设开关S S开闭周期为开闭周期为T，每次每次闭合时间为闭合时间为 则电枢两端平均电压则电枢两端平均电压Ud为为： Ud

18、 = U/T=rU r :导通率导通率( (脉宽系数脉宽系数) ) T一定一定 Ud =0 Ud=0 电机停止电机停止 =T Ud=U 最高转速最高转速 SUuDMMMPWM Pulse Width Modulation 1) 脉宽调速原理脉宽调速原理uDuDUd1Ud2TT T T：500 500 2500Hz2500Hz， 大大小于电动机的时间常数，故无转速脉动。大大小于电动机的时间常数，故无转速脉动。 输入输入：电流调节器电流调节器输出的直流电压输出的直流电压U Uc c输出输出：幅值恒定幅值恒定，宽度可变宽度可变的的矩形脉冲电压矩形脉冲电压方法方法：高频载波法高频载波法、数字脉宽调制数

19、字脉宽调制、高频极限环法高频极限环法等等比较器比较器 调制信号发生器调制信号发生器 Uc Uc+D(t) e(t)D(t) +位置检测及反馈位置检测及反馈 速度检测及反馈速度检测及反馈 位置位置 位置位置 速度速度 速度速度 电流电流 uk 指令指令 偏差偏差 指令指令 偏差偏差 指令指令 MM电流检测反馈电流检测反馈 UD 调制信号发生器调制信号发生器 产生频率、幅值都固定的高频载波信号产生频率、幅值都固定的高频载波信号D D（t t）, ,D(t)D(t)可以是三角波、锯齿波、正弦波可以是三角波、锯齿波、正弦波 高频载波法的原理高频载波法的原理直流直流输入信号输入信号Uc 叠加叠加在在载波

20、信号载波信号D(t)D(t)上，上，再进入再进入比较器比较器。比较器比较器是一个具有继电器特性的电子元件，其输出信号是一是一个具有继电器特性的电子元件，其输出信号是一个个与与D(t)D(t)同频率同频率的矩形脉冲，脉冲的矩形脉冲，脉冲占空比占空比取决于取决于Uc的大小。的大小。 2) 脉宽调制器脉宽调制器 PWM比较器比较器 调制信号发生器调制信号发生器 Uc Uc+D(t) e(t)D(t) +2) 脉宽调制器脉宽调制器 PWMVcD(t)e(t)e(t)Vc=0VcD(t)e(t)e(t)Vc0VcD(t)e(t)e(t)Vc0e(t)e(t)+VVc-VD(t) 3) 功率放大器功率放大

21、器tttUb1Ub2UabMVD2VD1VD3VD4abV1V2V3V4EdUb3ttUb4H型单极型型单极型PWM放大器原理器放大器原理器3) 功率放大器功率放大器双极型双极型PWM放大器原理器放大器原理器UabtttUb1Ub2MVD2VD1VD3VD4abV1V2V3V4EdUb3ttUb4电压电压脉宽调制器脉宽调制器 比较器比较器 功率放大器功率放大器 伺服伺服电机电机 调制信号发生器调制信号发生器 Uc Uc+D(t) e(t) u4 D(t) + PWM-M PWM-M 特点：特点： 开关频率高，仅靠电枢的电感作用，开关频率高，仅靠电枢的电感作用，即可获得满意的滤波作用，近似直流。

22、无论高速或即可获得满意的滤波作用，近似直流。无论高速或低速电机转速和扭矩平滑均匀，调速比可以做得很低速电机转速和扭矩平滑均匀，调速比可以做得很大，且发热小，寿命长。大，且发热小，寿命长。1.1.交流调速方法交流调速方法 交流电动机调速公式：交流电动机调速公式： n = 60 f1(1-S)/Pf f1:1: 定子电源频率定子电源频率 变频调速变频调速 高效率、宽范围、高效率、宽范围、 高精度高精度P:P: 磁极对数磁极对数 变变 P P调速调速S:S: 转差率转差率 变变 S S调速调速 (二二) 交流伺服电动机的调速交流伺服电动机的调速2. 2. PWMPWM型变频器型变频器 v 构成构成

23、二极管整流器：二极管整流器：交交直变换直变换，经电容器滤波平滑经电容器滤波平滑， 产生恒定的产生恒定的直流电压直流电压，输出给逆变器。，输出给逆变器。 PWM逆变器：逆变器：直直交变换交变换、调频、调压，调频、调压，产生产生电压电压、 频率频率可调可调交流电压交流电压, ,输出给伺服电动机的电枢绕组输出给伺服电动机的电枢绕组。M(二二) 交流伺服电动机的调速交流伺服电动机的调速2. 2. PWMPWM型变频器型变频器 (二二) 交流伺服电动机的调速交流伺服电动机的调速2. 2. PWMPWM型变频器型变频器 EDED：二极管整流器输出的直流电压二极管整流器输出的直流电压 VT1-VT4VT1-

24、VT4：大功率晶体管，工作于开关壮态大功率晶体管，工作于开关壮态控制信号：控制信号：加在加在VT1-VT4VT1-VT4基极上的一组等副、不等宽的矩基极上的一组等副、不等宽的矩形脉冲形脉冲( (调制信号调制信号) )，由控制电路产生，由控制电路产生。输出信号：输出信号：逆变器输出端逆变器输出端UabUab一组与控制信号频率相同、但一组与控制信号频率相同、但幅值放大的矩行脉冲幅值放大的矩行脉冲。改变改变VT1 、VY4和和VT2 、VT3交替导通的时间交替导通的时间改变改变输出波输出波形的频率形的频率； (二二) 交流伺服电动机的调速交流伺服电动机的调速2. 2. PWMPWM型变频器型变频器

25、改变半周期内改变半周期内VT1 、VY4（或（或VT2 、VT3）的通断比）的通断比改变改变脉冲宽度脉冲宽度改变改变输出电压幅值输出电压幅值。六只大功率六只大功率晶体晶体管管组成全桥式电组成全桥式电路，电动机定子路，电动机定子采用采用“Y”连接。连接。 (二二) 交流伺服电动机的调速交流伺服电动机的调速2. 2. PWMPWM型变频器型变频器 逆变器逆变器与与电动机电动机定子三相绕组定子三相绕组的的连接如图所示连接如图所示 ABz电动机定子连接xyVT1VT4VT5VT2VT6VT3 方波方波 三角波三角波调制：输出波形的平均值按方波形式变化调制：输出波形的平均值按方波形式变化 三角波三角波

26、载波信号载波信号，决定逆变器的开关频率。，决定逆变器的开关频率。 方方波波控控制制信信号号三三角角波波控控制制信信号号O OA A*正弦波正弦波三角波三角波调制：输出波形的平均值按正弦波形式变化调制：输出波形的平均值按正弦波形式变化 *方波、正弦波方波、正弦波 控制信号控制信号，频率、幅值均可调，决定逆变器，频率、幅值均可调，决定逆变器的输出频率和幅值，可以由矢量变换控制获得。的输出频率和幅值，可以由矢量变换控制获得。*两信号交叉点两信号交叉点调制信号调制信号，即逆变器功率晶体管基极的控制，即逆变器功率晶体管基极的控制信号信号 三三角角波波控控制制信信号号正正弦弦波波控控制制信信号号O OA

27、A失量控制由德国学者于失量控制由德国学者于1972年提出年提出,首先应用于首先应用于感应感应(IM)电动电动机机中中,目前也应用于目前也应用于永磁电动机永磁电动机 (PM)中中,且更易实现且更易实现,在在高性能高性能伺服驱动系统伺服驱动系统中得以广泛应用。中得以广泛应用。失量控制失量控制是是模仿模仿直流电动机直流电动机的的控制控制得出的。得出的。v直流伺服电动机直流伺服电动机 定子定子绕组绕组通以电流通以电流If产生励磁磁通产生励磁磁通 电枢电枢绕组绕组通以电流通以电流Ia产生电磁转矩产生电磁转矩 If, Ia彼此独立，彼此独立，分别调节分别调节可以控制可以控制 、T此外此外，励磁磁场励磁磁场

28、和和电枢电流空间角度电枢电流空间角度是由电刷和机械换向所是由电刷和机械换向所固定，且是正交的，从而使电枢电流产生的固定，且是正交的，从而使电枢电流产生的电磁转矩电磁转矩最大。最大。同步同步：两磁场：两磁场相互作用，转子产生转动，转速与旋转磁常相同相互作用，转子产生转动，转速与旋转磁常相同v永磁同步交流伺服电动永磁同步交流伺服电动转子转子永磁体永磁体产生恒定的励磁磁场产生恒定的励磁磁场定子定子三相电枢绕组三相电枢绕组电枢电流电枢电流产生旋转磁场产生旋转磁场励磁磁场励磁磁场与与电枢电流电枢电流的的空间角度空间角度不是固定的，不是固定的，随负载随负载而变化，而变化，故不能简单地通过调节故不能简单地通

29、过调节电枢电流电枢电流来直接控制来直接控制电磁转矩电磁转矩。设计一设计一控制系统控制系统，对电枢电流相对励磁磁场进行，对电枢电流相对励磁磁场进行空间定向空间定向控控制制角度控制角度控制；同时也控制电枢电流幅值；同时也控制电枢电流幅值幅值控制幅值控制，统称统称失量控制失量控制。在在角度控制角度控制中，选择使电枢磁场与励磁磁场中，选择使电枢磁场与励磁磁场空间角度正交空间角度正交磁场定向磁场定向，使电枢电流产生的，使电枢电流产生的电磁转矩最大电磁转矩最大，以实现直流伺服，以实现直流伺服电动机的严格模拟。电动机的严格模拟。v永磁同步交流伺服电动永磁同步交流伺服电动晶晶 体体 管管 桥桥基基 级级 驱驱

30、 动动基基 级级 驱驱 动动基基 级级 驱驱 动动基基 级级 驱驱 动动基基 级级 驱驱 动动基基 级级 驱驱 动动比比 较较器器比比 较较器器比比 较较器器U Uu uU Uv vU Uw wA AC CR R电电 流流 反反 馈馈正正 弦弦 波波P PW WM M回回 路路三三 角角 波波产产 生生 回回 路路S S M M3 3 - -B B R R转转 子子 位位 置置 检检 测测回回 路路正正 弦弦 波波 产产 生生 回回路路速速 度度 检检 测测 回回 路路D DC CS SI IN N变变换换回回路路A AS SR RU UU UA AC C伺伺 服服 电电 动动 机机 控控 制

31、制 系系 统统 框框 图图1)转子磁极位置检测电路转子磁极位置检测电路为了使为了使电流电流与与永磁体磁通永磁体磁通在空间角度在空间角度正交正交,必须必须正确检测出磁极位置正确检测出磁极位置. 检测位置检测位置:旋转变压器旋转变压器2)正弦波产生电路正弦波产生电路 产生以转子位置为相位的产生以转子位置为相位的正弦波正弦波B BR R转转子子位位置置检检测测回回路路正正弦弦波波产产生生回回路路速速度度检检测测回回路路3) DC-SIN (直流正弦直流正弦)变换回路变换回路由于在由于在交流伺服电动机交流伺服电动机中需向中需向电绕组电绕组通以通以三相交流正弦电压三相交流正弦电压,故故需将需将速度调节器

32、速度调节器输出的输出的直流电流参考信号直流电流参考信号转化为转化为交流正弦信号交流正弦信号 DC-SIN变换回路原理变换回路原理:正弦波正弦波发生电路输出的发生电路输出的数字化正弦波信号数字化正弦波信号与速度调节器输出的直与速度调节器输出的直流信号在流信号在乘法器中相乘乘法器中相乘,其输出信号作为其输出信号作为交流正弦电流指令交流正弦电流指令.D D0 0D D1 1D D3 3D D5 5D D7 7D D2 2D D4 4D D8 8电电流流反反馈馈O O电电流流指指令令( (速速度度调调节节器器输输出出) )O O电电流流指指令令电电流流指指令令乘乘法法器器速速度度调调节节器器数数字字的

33、的正正弦弦波波信信号号4)正弦波正弦波PWMPWM电路电路 以以一定频率一定频率和和一定振幅一定振幅的三角波与电流调节器输出的的三角波与电流调节器输出的正弦波正弦波在在比比较器中较器中进行比较，若只取出正弦波超出进行比较，若只取出正弦波超出三角波的部分三角波的部分，即可输出，即可输出不等宽不等宽的的脉冲列脉冲列。当脉冲的占空比为。当脉冲的占空比为50%50%时时, , 逆变器的输出电压逆变器的输出电压为为零零。由于正弦波以。由于正弦波以50%50%占空比为中心占空比为中心而向而向两边增减两边增减，平均看来，平均看来就得到了就得到了正弦调制正弦调制。 三三角角波波控控制制信信号号正正弦弦波波控控

34、制制信信号号正正弦弦波波P PW WM M的的原原理理5) 速度检测回路速度检测回路检测装置检测装置: :旋转变压器旋转变压器、光电编码器光电编码器 可同时完成可同时完成磁极位置磁极位置的检测。的检测。6) 速度调节器速度调节器ASRASRASRASR输入信号输入信号：速度指令速度指令与与速度反馈速度反馈信号信号 输出信号输出信号：电流指令电流指令信号（直流量）信号（直流量） 控制规律控制规律：比例积分比例积分(PL)(PL)作用作用：进行稳定的：进行稳定的速度控制速度控制要求要求：能：能快速响应速度指令快速响应速度指令；7) 电流调节器电流调节器ACRACRACRACR输入信号输入信号：电流

35、指令与电流反馈信号：电流指令与电流反馈信号输出信号输出信号：电流控制信号：电流控制信号 控制规律控制规律：比例积分：比例积分(PL)(PL)作用作用：完成与磁通矢良正交的高速控制，使电枢绕组中的电：完成与磁通矢良正交的高速控制，使电枢绕组中的电流在幅值和相位上都得到有效控制流在幅值和相位上都得到有效控制要求要求：具有更高的快速性，以适应对电流瞬时值跟踪控制：具有更高的快速性，以适应对电流瞬时值跟踪控制. . 感应同步器定尺绕组中感应的感应同步器定尺绕组中感应的总电势总电势是滑尺上是滑尺上正弦正弦绕组绕组和和余弦绕组余弦绕组所产生的感应电势的所产生的感应电势的_。 代数和代数和 代数差代数差 矢

36、量和矢量和 矢量差矢量差对于一个设计合理，制造良好的带对于一个设计合理，制造良好的带位置闭环控制系位置闭环控制系统统的数控的数控 机床，可达到的机床，可达到的精度精度由由_决定。决定。 机床机械结构的精度机床机械结构的精度 检测元件的精度检测元件的精度 计算机的运算速度计算机的运算速度 驱动装置的精度驱动装置的精度 解释摩尔条纹的解释摩尔条纹的放大作用放大作用？答答： 将两块具有将两块具有相同栅距相同栅距的光栅，取有刻线的一面叠合在一起，的光栅，取有刻线的一面叠合在一起，并使它们的刻线之间保持一个很小的并使它们的刻线之间保持一个很小的夹角夹角。这时如果在光栅。这时如果在光栅正面用正面用平行光平

37、行光垂直投射，则在光栅背面形成垂直投射，则在光栅背面形成明暗相间明暗相间的条纹，的条纹，即摩尔条纹。两条暗带或两条帝带之间的距离叫摩尔条纹的间即摩尔条纹。两条暗带或两条帝带之间的距离叫摩尔条纹的间距距B。设光栅的栅距为。设光栅的栅距为W，则有，则有由上式可见由上式可见越小，越小，B越大，等于把栅距扩大了越大，等于把栅距扩大了1/ 倍转化为摩倍转化为摩尔条纹。尔条纹。WWB2sin2第三节第三节 闭环伺服系统闭环伺服系统为了改善磁栅传感器的输出信号，常采用有为了改善磁栅传感器的输出信号，常采用有n n个间隙的磁个间隙的磁头，头，磁头之间间隔磁头之间间隔为为_。 一个节距一个节距 1/41/4节距

38、节距 节距的整倍数节距的整倍数 1/21/2节距节距在磁栅传感器中，有在磁栅传感器中，有n n个个间隔为间隔为1/21/2节距节距的磁头，相邻两磁的磁头，相邻两磁 头的头的输出绕组输出绕组_，这样得到的信号将为，这样得到的信号将为单个磁头单个磁头输出信输出信 号的号的n n倍。倍。 正向串接正向串接 反向并接反向并接 反向串接反向串接 反向并接反向并接第三节第三节 闭环伺服系统闭环伺服系统设设指示光栅指示光栅相对于相对于标尺光栅标尺光栅作正向运动时，亮条纹按作正向运动时，亮条纹按P1- P2- P3 -P4- P1P1- P2- P3 -P4- P1的顺序扫描四个光电元件，经过四倍的顺序扫描四

39、个光电元件，经过四倍频细分电路，有四个尖脉冲依频细分电路，有四个尖脉冲依A A D D C C B B A A的顺序出现；的顺序出现；则光栅作反向运动时，即亮条纹按则光栅作反向运动时，即亮条纹按 P4- P3 -P2 -P1-P4P4- P3 -P2 -P1-P4的的顺序扫描，四个尖脉冲出现的顺序是顺序扫描，四个尖脉冲出现的顺序是_。 C C D D A A B B C C感应同步器感应同步器中，为了辨别位移的方向和提高精度，采中，为了辨别位移的方向和提高精度，采用了用了 辩向及辩向及细分电子线路细分电子线路，这种电路还用在，这种电路还用在_。 磁栅磁栅 磁栅磁栅 光栅光栅 光电盘光电盘第三节

40、第三节 闭环伺服系统闭环伺服系统第三节第三节 闭环伺服系统闭环伺服系统将二进制数码将二进制数码10111011转换为循环码是转换为循环码是_。普通二进制编码盘与普通二进制编码盘与葛莱循环码葛莱循环码盘有什么优点？盘有什么优点？答：普通二进制编码盘把角度与二进制数码相对应，因而答：普通二进制编码盘把角度与二进制数码相对应，因而数值直观。数值直观。葛莱循环码葛莱循环码盘针对普通二进制编码盘容易产生盘针对普通二进制编码盘容易产生非单值性误差这一缺点进行改进，使得相领两个数码之间非单值性误差这一缺点进行改进，使得相领两个数码之间只有一位变化，限制了非单值性误差。只有一位变化，限制了非单值性误差。111

41、0第三节第三节 闭环伺服系统闭环伺服系统PWM-M系统系统是指是指_。 直流发电机直流发电机电动机组电动机组 可控硅直流调压电源加直流电动机组可控硅直流调压电源加直流电动机组 脉冲宽度调制器脉冲宽度调制器直流电动机调速系统直流电动机调速系统 感应电动机变频调速系统感应电动机变频调速系统脉冲调宽调速系统脉冲调宽调速系统的的开头频率开头频率可达可达_。 100100次次/ /秒秒 10001000次次/ /秒秒 20002000次次/ /分分 20002000次次/ /秒秒第三节第三节 闭环伺服系统闭环伺服系统 小惯量直流电动机什么小惯量直流电动机什么特点特点？可应用于？可应用于什么场合什么场合？

42、 答：答：(1) 转动惯量小。约为普通直流电机的转动惯量小。约为普通直流电机的1/10左右。左右。 (2) 电气、机械时间常数小。故这种电机动态特性好，电气、机械时间常数小。故这种电机动态特性好， 响应快、加、减速能力强。响应快、加、减速能力强。 (3) 由于转子无槽，电气、机械均衡性好，使其在低速由于转子无槽，电气、机械均衡性好，使其在低速 时运转稳定而均匀。例如，当转速低到时运转稳定而均匀。例如，当转速低到10r/min时，仍时，仍 无爬行现象，且调速范围宽。无爬行现象，且调速范围宽。 (4) 峰值转矩可达额定值的峰值转矩可达额定值的10倍。倍。 (5) 由于这类电机转动惯量小，一般与负载

43、转动惯量同由于这类电机转动惯量小，一般与负载转动惯量同 一量级，甚至在某些机床上负载的转动惯量要比电机一量级，甚至在某些机床上负载的转动惯量要比电机 的大得多。这样，机床传动链和执行机构就成了影响的大得多。这样，机床传动链和执行机构就成了影响 整个系统动态特性的主要因素，增加了调试工作的困整个系统动态特性的主要因素，增加了调试工作的困 难。而且，当工作情况改变时，系统容易出现不稳定难。而且，当工作情况改变时，系统容易出现不稳定 的情况。的情况。 第三节第三节 闭环伺服系统闭环伺服系统 小惯量直流电动机什么小惯量直流电动机什么特点特点？可应用于？可应用于什么场合什么场合？ 答：答：应用：应用：目

44、前，仅在高速轻载伺服系统，如数控印刷电路板钻床中采用目前，仅在高速轻载伺服系统，如数控印刷电路板钻床中采用 第三节第三节 闭环伺服系统闭环伺服系统 大惯量直流电动机有哪些大惯量直流电动机有哪些特点特点？多用于？多用于哪些场合哪些场合？ 答：答：大惯量直流电动机工作原理与普通它激式直流电机相大惯量直流电动机工作原理与普通它激式直流电机相同，其结构和性能上有以下同，其结构和性能上有以下特点特点：(1)(1) 转子扁而粗，其长度与直径之比仅为转子扁而粗，其长度与直径之比仅为0.20.2左右。在电枢左右。在电枢直径相同的条件下，电枢直径增加一倍，可使电动机产生的直径相同的条件下，电枢直径增加一倍，可使电动机产生的电磁转矩增加一倍。电磁转矩增加一倍。理论分