第五章数控技术ppt课件

1、第5章 位置检测装置第第5 5章章 位置检测安装位置检测安装5.1 5.1 概述概述 位置检测安装是数控机床的重要组成部分。在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反响信号，构成闭环或半闭环控制。 数控机床对位置检测安装的要求如下：1 任务可靠，抗干扰才干强；2 满足精度和速度的要求；3易于安装，维护方便，顺应机床任务环境； 本钱低。 位置检测安装按任务条件和丈量要求不同，有下面几种分类方法： 第5章 位置检测装置 1. 直接丈量 直接丈量是将直线型检测安装安装在挪动部件上，用来直接丈量任务台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反响信号，而构成位置闭环控制。其优点是准确性

2、高、可靠性好，缺陷是丈量安装要和任务台行程等长，所以在大型数控机床上遭到一定限制。2. 间接丈量 它是将旋转型检测安装安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上，经过检测转动件的角位移来间接丈量机床任务台的直线位移，作为半闭环伺服系统的位置反响用。 优点是丈量方便、无长度限制。缺陷是丈量信号中添加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了丈量精度。5.1.1 直接丈量和间接丈量第5章 位置检测装置1. 数字式丈量 它是将被测的量以数字方式来表示，丈量信号普通为脉冲，可以直接把它送到数控安装进展比较、处置。信号抗干扰才干强、处置简单。2. 模拟量丈量 它是将被测的量用延续变量来表示，如电压变化、相位变

3、化等。它对信号处置的方法相对来说比较复杂。5.1.2 数字式丈量和模拟式丈量第5章 位置检测装置 1. 增量式丈量 在轮廓控制数控机床上多采用这种丈量方式，增量式丈量只测相对位移量，如丈量单位为0.001mm，那么每挪动0.001mm就发出一个脉冲信号，其优点是丈量安装较简单，任何一个对中点都可以作为丈量的起点，而移距是由丈量信号计数累加所得，但一旦计数有误，以后丈量所得结果完全错误。 2. 绝对式丈量 绝对式丈量安装对于被丈量的恣意一点位置均由固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的丈量值。丈量安装的构造较增量式复杂，如编码盘中，对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度

4、要求愈高，量程愈大，那么所要求的二进制位数也愈多，构培育愈复杂。 5.1.3 增量式丈量和绝对式丈量第5章 位置检测装置5.2 5.2 光栅光栅根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和反射光栅，透射光栅分根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和反射光栅，透射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达辨率较反射光栅高，其检测精度可达1m以上。以上。从外形上看，又可分为圆光栅和直线光栅。圆光栅用于丈量转角位移，直从外形上看，又可分为圆光栅和直线光栅。圆光栅用于丈量转角位移，直线光栅用于检测直线位移。两者任务原理根本类似，本节着重引见一种运线光栅用于检测直线位移。两者任务原理根本类似，本节着重引

5、见一种运用比较广泛的透射式直线光栅。用比较广泛的透射式直线光栅。 直线光栅通常包括一长和一短两块配套运用，其中长的称为标尺光直线光栅通常包括一长和一短两块配套运用，其中长的称为标尺光栅或长光栅，普通固定在机床挪动部件上，要求与行程等长。短的为指示栅或长光栅，普通固定在机床挪动部件上，要求与行程等长。短的为指示光栅或短光栅，装在机床固定部件上。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透光栅或短光栅，装在机床固定部件上。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透明玻璃片，线纹密度为明玻璃片，线纹密度为25、50、100、250条条/mm等。线纹之间间隔相等，等。线纹之间间隔相等，该间距称为栅距，丈量时它们相互平行放置，并

6、坚持该间距称为栅距，丈量时它们相互平行放置，并坚持0.050.1mm的间隙。的间隙。5.2.1 构造构造第5章 位置检测装置6任务原理任务原理 当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一小角度放置时，两光栅尺上线纹相互交叉。在光源的照射下，交叉点附近的小区域内黑线重叠，构成黑色条纹，其它部分为亮堂条纹，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹与光栅线纹几乎成垂直方向陈列。严厉地说，是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。5.2.2 任务原理任务原理第5章 位置检测装置PPWsin莫尔条纹具有如下特点：1. 放大作用 用Wmm表示莫尔条纹的宽度，P(mm)表示栅距，(rad)为光栅线纹之间的夹角，如图

7、5-18所示那么有(5-8)莫尔条纹宽度W与角成反比，越小，放大倍数越大。2. 均化误差作用 莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同组成，例如，200条/mm的光栅，10mm宽的光栅就由2000条线纹组成，这样栅距之间的固有相邻误差就被平均化了，消除了栅距之间不均匀呵斥的误差。标尺光栅W指示光栅斜P第5章 位置检测装置3. 莫尔条纹的挪动与栅距的挪动成比例 当光栅尺挪动一个栅距P时，莫尔条纹也刚好挪动了一个条纹宽度W。只需经过光电元件测出莫尔条纹的数目，就可知道光栅挪动了多少个栅距，任务台挪动的间隔可以计算出来。假设光栅挪动方向相反，那么莫尔条纹挪动方向也相反见图5-18。标尺光栅W指示光栅斜P标尺方

8、向指示尺转角方向莫尔条纹方向标尺方向指示尺转角方向莫尔条纹方向第5章 位置检测装置 P1 P2 P3 P4 指示光栅 标尺光栅 硅光电池 聚光镜 光源 图5-3 光栅丈量系统 光栅丈量系统如图5-3所示，由光源、聚光镜、光栅尺、光电元件和驱动线路组成。读数头光源采用普通的灯泡，发出辐射光线，经过聚光镜后变为平行光束，照射光栅尺。光电元件常运用硅光电池接受透过光栅尺光强信号，并将其转换成相应的电压信号。由于此信号比较微弱，在长间隔传送时，很容易被各种干扰信号淹没，呵斥传送失真，驱动线路的作用就是将电压信号进展电压和功率放大。 除标尺光栅与任务台一同挪动外，光源、聚光镜、指示光栅、光电元件和驱动线

9、路均装在一个壳体内，作成一个单独部件固定在机床上，这个部件称为光栅读数头，又叫光电转换器，其作用把光栅莫尔条纹的光信号变成电信号。第5章 位置检测装置 当光栅挪动一个栅距，莫尔条纹便挪动一个条纹宽度，实际上光栅亮度变化是一个三角波形，但由于漏光和不能到达最大亮度，被削顶削底后而近似一个正弦波见图5-4。硅光电池将近似正弦波的光强信号变为同频率的电压信号见图5-5，经光栅位移数字变换电路放大、整形、微分输出脉冲。每产生一个脉冲，就代表挪动了一个栅距那么大的位移，经过对脉冲计数便可得到任务台的挪动间隔。光栅位移O图5-4 光栅的实践亮度变化光栅位移电压O图5-5 光栅的输出波形图亮度5.2.3 运

10、用光栅位移数字转换系统运用光栅位移数字转换系统第5章 位置检测装置 采用一个光电元件即只开一个窗口察看，只能计数，却无法判别挪动方向。由于无论莫尔条纹上移或下移，从一固定位置看其明暗变化是一样的。为了确定运动方向，至少要放置两个光电元件，两者相距1/4莫尔条纹宽度。当光栅挪动时，莫尔条纹经过两个光电元件的时间不同，所以两个光电元件所获得的电信号虽然波形一样，但相位相差90o。根据两光电元件输出信号的超前和滞后，可以确定标尺光栅挪动方向。 添加线纹密度，能提高光栅检测安装的精度，但制造较困难，本钱高。在实践运用中，既要提高丈量精度，同时又能到达自动辨向的目的，通常采用倍频或细分的方法来提高光栅的

11、分辨精度，假设在莫尔条纹的宽度内，放置四个光电元件，每隔1/4光栅栅距产生一个脉冲，一个脉冲代表挪动了1/4栅距那么大位移，分辨精度可提高四倍，这就是四倍频方案。第5章 位置检测装置P1、P3信号是相位差180o的两个信号，差动得正弦信号。同理，P2、P4信号送另一个差动放大器，得余弦信号。正余弦经整形变成方波A和B，为使每隔1/4节距都有脉冲，把A、B各自反向一次得C、D信号，A、B、C、D信号再经微分变成窄脉冲A、B、C、D，即在正走或反走时每个方波的上升沿产生窄脉冲，由与门电路把0o、90o、180o、270o四个位置上产生的窄脉冲组合起来，根据不同的挪动方向构成正向或反向脉冲。图中的P

12、1、P2、P3、P4是四块硅光电池，产生的信号相位彼此相差90o。正向运动时，用与门Y1Y4及或门H1，得到AB+AD+CD+BC的四个输出脉冲；反向运动时，用与门Y5Y8及或门H2，得到BC+ CD+AD+ AB的四个输出脉冲Y6微分微分微分整形P1P2P4P3 差动 放大器 差动放大器整形反相反相Y1Y2Y3Y4Y5Y7Y8微分 B A D Ca) 原理电路图 sin cos A C B DABCDBCBCCDADABADH2H1第5章 位置检测装置其波形图sincosABCDABCD正向 相加AB+AD+CD+BC反向 相加BC+CD+AD+AB图5-6 四倍频辨向电路波形第5章 位置检

13、测装置 假设光栅栅距0.01mm，那么任务台每挪动0.0025mm，就会送出一个脉冲，即分辨率为0.0025mm。由此可见，光栅检测系统的分辨力不仅取决于光栅尺的栅距，还取决于鉴向倍频的倍数。除四倍频以外，还有十倍频、二十倍频等。第5章 位置检测装置5.3 5.3 脉冲编码器脉冲编码器 脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角变成电脉冲。脉冲编码器可分为增量式与绝对式两类。 从产生元件上分，脉冲编码器有光电式、接触式、电磁感应式三种，从精度和可靠性来看，光电式较好，数控机床上主要运用的是光电式脉冲编码器。 型号用 脉冲数/转p/r分，常用的2000，2500，3000p/r, 如今有10

14、万p/r以上的产品。 它可以用于角度检测，也可用于速度检测。通常它与电机做成一体，或安装在非轴伸端。第5章 位置检测装置 a) b)5.3.1 绝对式编码器绝对式编码器 绝对式编码器是一种旋转式检测安装，可直接把被测转角用数字代码绝对式编码器是一种旋转式检测安装，可直接把被测转角用数字代码表示出来，且每一个角度位置均有其对应的丈量代码，它能表示绝对位置，表示出来，且每一个角度位置均有其对应的丈量代码，它能表示绝对位置，没有累积误差，电源切除后，位置信息不丧失，仍能读出转动角度。没有累积误差，电源切除后，位置信息不丧失，仍能读出转动角度。 绝对式编码器有光电式、接触式和电磁式三种，以接触式四位绝

15、对编绝对式编码器有光电式、接触式和电磁式三种，以接触式四位绝对编码器为例来阐明其任务原理。码器为例来阐明其任务原理。 如下图为二进制码盘。它在一个不导电基体上作成许多金属区使其导电，其中有剖面线部分为导电区，用“1表示；其它部分为绝缘区，用“0表示。每一径向，由假设干同心圆组成的图案代表了某一绝对计数值，第5章 位置检测装置 通常，我们把组成编码的各圈称为码道，码盘最里圈是公用的，它和各码道一切导电部分连在一同，经电刷和电阻接电源负极。在接触式码盘的每个码道上都装有电刷，电刷经电阻接到电源正极图5-7b。当检测对象带动码盘一同转动时，电刷和码盘的相对位置发生变化，与电刷串联的电阻将会出现有电流

16、经过或没有电流经过两种情况。 假设回路中的电阻上有电流经过，为“1；反之，电刷接触的是绝缘区，电阻上无电流经过，为“0。假设码盘顺时针转动，就可依次得到按规定编码的数字信号输出，图示为4位二进制码盘，根据电刷位置得到由“1和“0组成的二进制码，输出为0000、0001、00101111。 1111 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 13 14 0000 6 0 0001 0010 0011 0100 0101 0110 1110 1101 1100 1011 1010 1001 0111 1000 15 绝缘体 导电体 电刷 R 20 21 22 23 E 第5章 位置检测装置

17、 由图5-11可以看出，码道的圈数就是二进制的位数，且高位在内，低位在外。其分辨角360o/24=22.5o， 假设是n位二进制码盘，就有n圈码道， 分辨角360o/2n， 码盘位数越大，所能分辨的角度越小，丈量精度越高。假设要提高分辨力，就必需增多码道，即二进制位数增多。 目前接触式码盘普通可以做到9位二进制，光电式码盘可以做到18位二进制。第5章 位置检测装置 1000 1111 23 22 21 20 图5-8 四位二进制码盘非单值性误差 用二进制代码做的码盘，假设电刷安装不准，会使得个别电刷错位，而出现很大的数值误差。如图5-12，当电刷由位置0111向1000过渡时，能够会出现从81

18、000到151111之间的读数误差，普通称这种误差为非单值性误差。为消除这种误差，可采用葛莱码盘。 第5章 位置检测装置 图5-13为葛莱码盘，其各码道的数码不同时改动，任何两个相邻数码间只需一位是变化的，每次只切换一位数，把误差控制在最小范围内。二进制码转换成葛莱码的法那么是：将二进制码右移一位并舍去末位的数码，再与二进制数码作不进位加法，结果即为葛莱码。 1000 1 3 2 6 7 4 12 13 14 15 10 11 9 0000 5 0 0001 0011 0010 0110 0111 0101 1001 1011 1010 1110 1111 1101 0100 1100 8 图

19、5-9 葛莱码盘 例如，二进制码1101对应的葛莱码为1011，其演算过程如下： 1101 二进制码 1101不进位相加，舍去末位 1011 葛莱码第5章 位置检测装置5.3.2 增量式脉冲编码器增量式脉冲编码器 光电式脉冲编码器通常与电机做在一同，或者安装在电机非轴伸端，电光电式脉冲编码器通常与电机做在一同，或者安装在电机非轴伸端，电动机可直接与滚珠丝杠相连，或经过减速比为动机可直接与滚珠丝杠相连，或经过减速比为i的减速齿轮，然后与滚珠丝杠的减速齿轮，然后与滚珠丝杠相连，那么每个脉冲对应机床任务台挪动的间隔可用下式计算：相连，那么每个脉冲对应机床任务台挪动的间隔可用下式计算：iMS式中 脉冲

20、当量mm/脉冲；S滚珠丝杠的导程mm；i减速齿轮的减速比；M脉冲编码器每转的脉冲数p/r。i1个脉冲 - mmM个脉冲(360，1转)M/i个脉冲1 /i转- S1 /i mmiMS推导：第5章 位置检测装置 数字显示 信号处理电路 光电盘 圆盘 光电元件 聚光镜 光源 光电盘是用玻璃资料研磨抛光制成，玻璃外表在真空中镀上一层不透光的铬，然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。透光窄缝在圆周上等分，其数量从几百条到几千条不等。圆盘也用玻璃资料研磨抛光制成，其透光窄缝为两条，每一条后面安装有一只光电元件。光电盘与任务轴连在一同 ，光电盘转动时，每转过一个缝隙就发生一次光线的明暗变化，光电元件把经

21、过光电盘和圆盘射来的忽明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号，经过整形、放大、和微分处置后，输出脉冲信号。经过记录脉冲的数目，就可以测出转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可以求出速度。 光电式脉冲编码器，它由光源、聚光镜、光电盘、圆盘、光电元件和信号处置电路等组成如图。第5章 位置检测装置电流AB节距tA1B1900图5-15 脉冲编码器输出波形 为了判别旋转方向，圆盘的两个窄缝间隔彼此错开1/4节距，使两个光电元件输出信号相位差900。如图5-15所示，A、B信号为具有900相位差的正弦波，经放大和整形变为方波A1、B1。 设A相比B相超前时为正方向旋转，那么B相超前A相就是负

22、方向旋转，利用A相与B相的相位关系可以判别旋转方向。此外，在光电盘的里圈不透光圆环上还刻有一条透光条纹，用以产生每转一个的零位脉冲信号，它是轴旋转一周在固定位置上产生一个脉冲。第5章 位置检测装置 图5-12为辨向环节框图和波形图。脉冲编码器输出的交变信号 A, ,B ， 经过差分驱动和差分接纳进入CNC安装，再经过整形放大电路变成二个方波系列 A1, B1。将 A1 和它的反向信号1 微分上升沿微分后得到 和 脉冲系列，作为加、减计数脉冲。 B1路方波信号被用作加、减计数脉冲的控制信号，正走时A超前B，由Y2门输出加计数脉冲，此时Y1门输出为低电平图5-16；反走时B超前A，由Y1门输出减计

23、数脉冲，此时Y2门输出为低电平。这种读数方式每次反映的都是相对于上一次读数的增量，而不能反映转轴在空间的绝对位置，所以是增量读数法。1A1A差分整形放大Y1微分差分整形放大Y2微分AA1A1A1A1BBB1A图5-12 辨向环节框图加计数减计数计数器BA第5章 位置检测装置图5-12 辨向环节波形图1A1B1A1A1A1B1A1B1A2Y1Y第5章 位置检测装置 光电脉冲编码器用于数字脉冲比较伺服系统图5-13的任务原理放大环节 指令信号 比较器 伺服电机 反响信号 任务台 图5-13 数字比较伺服系统第5章 位置检测装置5.4 5.4 旋转变压器旋转变压器5.4.1 构造与任务原理构造与任务

24、原理 旋转变压器是输出电压信号与转子转角成一定函数关系的控制微电机旋转变压器是输出电压信号与转子转角成一定函数关系的控制微电机, 旋旋转变压器是一种角位移丈量安装，由定子和转子组成。转变压器是一种角位移丈量安装，由定子和转子组成。 旋转变压器的任务原理与普通变压器根本类似，其中定子绕组作为变压旋转变压器的任务原理与普通变压器根本类似，其中定子绕组作为变压器的一次侧，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧，经过电磁耦合得器的一次侧，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧，经过电磁耦合得到感应电压，只是其输出电压大小与转子位置有关。到感应电压，只是其输出电压大小与转子位置有关。 旋转变压器经过

25、丈量电动机或被测轴的转角来间接丈量任务台的位移。旋转变压器经过丈量电动机或被测轴的转角来间接丈量任务台的位移。 旋转变压器分为单极和多极方式，先分析一下单极任务情况。旋转变压器分为单极和多极方式，先分析一下单极任务情况。第5章 位置检测装置 如图5-14所示，单极型旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，假设加到定子绕组的励磁电压为，那么转子经过电磁耦合，产生感应电压。tUUmsin1tUUmsin1tUUmsin1图5-14 旋转变压器任务原理第5章 位置检测装置cossincos12tKVKUUmtKVVmsin2式中 K变压比即绕组匝数比；Vm励磁信号的幅值； 励磁信号角频率； 旋转变压器转

26、角。转子绕组中产生的感应电压为两磁轴平行，此时转子绕组中感应电压最大，即第5章 位置检测装置 实践运用时通常采用多极方式，如正余弦旋转变压器，其定子和转子均由两个匝数相等，轴线相互垂直的绕组构成，sincos2cs 转子输出电压那么为sincos2csKUKUU如下图。一个转子绕组接高阻抗作为补偿，另一个转子绕组作为输出，运用叠加原理，其磁通为图5-15 正余弦旋转变压器任务原理Us定子Uc转子第5章 位置检测装置tUUtUUmcmscossin5.4.2 5.4.2 运用运用两种典型任务方式，鉴相式和鉴幅式。两种典型任务方式，鉴相式和鉴幅式。鉴相式是根据感应输出电压的相位来检鉴相式是根据感应

27、输出电压的相位来检测位移量；鉴幅式是根据感应输出电压测位移量；鉴幅式是根据感应输出电压的幅值来检测位移量。的幅值来检测位移量。 1 . 鉴相任务方式 给定子两绕组分别通以幅值一样、频率一样、相位差900的交流励磁电压，即)sin(sincoscossin2tKUtKUtKUUmmm 这两个励磁电压在转子绕组中都产生了感应电压，电压的代数和：(5-2)第5章 位置检测装置)sin(2tKUUm 由式(5-2)和(5-3)可见，转子输出电压的相位角和转子的偏转角之间有严厉的对应关系，这样，只需检测出转子输出电压的相位角，就可知道转子的转角。由于旋转变压器的转子和被测轴衔接在一同，所以，被测轴的角位

28、移就知道了。 (5-3) 假设，转子逆向转动，可得第5章 位置检测装置tUUtUUmcmssincossinsinsincos2csKUKUUtKVtKVmmsin)sin()sincoscos(sinsin2. 鉴幅任务方式 给定子的两个绕组分别通以频率一样、相位一样、幅值分别按正弦和余弦变化的交流激磁电压，即式中 激磁绕组中的电气角。 Umsin , Umcos 为定子两绕组激磁信号的幅值那么转子上的叠加电压为(5-3)第5章 位置检测装置tKVVmsin)cos(2同理，假设转子逆向转动，可得(5-4) 由式(5-3)和(5-4)可见，转子感应电压的幅值随转子的偏转角而变化，丈量出幅值即

29、可求得转角。 假设将旋转变压器装在数控机床的滚珠丝杠上，当角从00到3600时，丝杠上的螺母带开任务台挪动了一个导程，间接丈量了执行部件的直线位移。丈量所走过的行程时，可加一个计数器，累计所转的转数，折算成位移总长度。 双通道旋转变压器是将两种不同极对数的旋转变压器合为一体的组合电机，在转子转动一周中，副端输出周期数不同的两种正旋波电压信号，构成粗、精双通道系统。主要用于高精度同步随动系统和轴角编码系统作为角度传感元件。第5章 位置检测装置5.5 5.5 感应同步器感应同步器 5.5.1 构造与任务原理构造与任务原理 感应同步器和旋转变压器均为电磁感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测安装，属模

30、拟式丈量，二者任务原式检测安装，属模拟式丈量，二者任务原理一样，其输出电压随被测直线位移或角理一样，其输出电压随被测直线位移或角位移而改动。位移而改动。 感应同步器按其构造特点普通分为感应同步器按其构造特点普通分为直线式和旋转式两种：直线式和旋转式两种： 直线式感应同步器由定尺和滑尺组直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，用于直线位移丈量。成，用于直线位移丈量。 旋转式感应同步器由转子和定子组旋转式感应同步器由转子和定子组成，用于角位移丈量。成，用于角位移丈量。 以直线式感应同步器为例，引见其构造和任务原理。第5章 位置检测装置 直线感应同步器相当于一个展开的多极旋转变压器，其构造如图5-16所示

31、，定尺和滑尺的基板采用与机床热膨胀系数相近的钢板制成，钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并利用腐蚀的方法做成图示的印刷绕组。长尺叫定尺，安装在机床床身上，短尺为滑尺，安装于挪动部件上，两者平行放置，坚持0.250.05mm间隙。图5-16 直线感应同步器构造 U2定尺滑尺余弦绕组正弦绕组USUc第5章 位置检测装置 感应同步器两个单元绕组之间的间隔为节距，滑尺和定尺的节距均为，这是衡量感应同步器精度的主要参数。规范感应同步器定尺长250mm，滑尺长100mm，节距为2mm。定尺上是单向、均匀、延续的感应绕组，滑尺有两组绕组，一组为正弦绕组，另一为余弦绕组。当正弦绕组与定尺绕组对齐时，余弦绕组与定尺绕

32、组相差1/4节距。U2定尺滑尺余弦绕组正弦绕组USUc2第5章 位置检测装置 当滑尺恣意一绕组加交流激磁电压时，由于电磁感应作用，在定尺绕组中必然产生感应电压，该感应电压取决于滑尺和定尺的相对位置。当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时，定尺感应电压与定、滑尺的相对位置关系如下图。 定 尺 滑 A 尺 Bt241 位 Ct221 置 Dt243 E t2 E A V2 M N 正弦绕组 余弦绕组 鑮 B D C O P 第5章 位置检测装置定 尺 滑 A 尺 Bt241位 Ct221置 Dt243 E t2 假设滑尺处于A位置，即滑尺绕组与定尺绕组完全对应重合，定尺绕组线圈中穿入的磁通最多，那么定尺

33、上的感应电压最大。随着滑尺相对定尺做平行挪动，穿入定尺的磁通逐渐减少，感应电压逐渐减小。当滑尺移到图中B点位置，与定尺绕组刚好错开1/4节距时，感应电压为零。再挪动至1/2节距处，即图中C点位置时，定尺线圈中穿出的磁通最多，感应电压最大，但极性相反。再移至3/4节距，即图中D点位置时，感应电压又变为零，当挪动一个节距位置如图中E点，又恢复到初始形状，与A点一样。显然，在定尺挪动一个节距的过程中，感应电压近似于余弦函数变化了一个周期，如图5-17中ABCDE。第5章 位置检测装置t22xttxx22tVVmssintKVKVVmssincoscos2 假设设定尺绕组节距为2，它对应的感应电压以余

34、弦函数变化了，当滑尺挪动间隔为时，那么对应感应电压以余弦函数变化相位角。由比例关系可得设表示滑尺上一相绕组的激磁电压那么定尺绕组感应电压为 式中 K耦合系数； Vm激磁电压的幅值； 激磁电压的角频率； 与位移对应的角度。 Vmcos 为感应电压的幅值第5章 位置检测装置 感应电压的幅值变化规律就是一个周期性的余弦曲线。在一个周期内，感应电压的某一幅值对应两个位移点，如图5-4中M、N两点。为确定独一位移，在滑尺上与正弦绕组错开1/4节距处，配置了余弦绕组。同样，假设在滑尺的余弦绕组中通以交流励磁电压，也能得出定尺绕组感应电压与两尺相对位移的关系曲线，它们之间为正弦函数关系(图5-4中OP)。假

35、设滑尺上的正、余弦绕组同时励磁，就可以分辨出感应电压值所对应的独一确定的位移。 E A V2 M N 正弦绕组 余弦绕组 B D C O P 第5章 位置检测装置tVVtVVmcmscossin)sin(2coscoscossin2tKVtKVtKVVmmm 1. 鉴相型系统 供应滑尺的正、余弦绕组的激磁信号是频率、幅值一样，相位相差900的交流励磁电压根据叠加原理，定尺上的总感应电压为 经过鉴别定尺感应输出电压的相位，即可丈量定尺和滑尺之间的相对位移。例如定尺感应输出电压与滑尺励磁电压之间的相位差为3.60，当节距的情况下，阐明滑尺挪动了0.02mm。(5-7)有两种任务方式，鉴相式和鉴幅式

36、。5.5.2 5.5.2 运用运用第5章 位置检测装置放大滤波基准信号发生器脉冲调相器鉴相器放大器激磁供电线路伺服电机速度控制单元滑尺定尺机床VsVc-x+x图5-18 感应同步器鉴相丈量系统框图 基准信号发生器输出一系列一定频率的基准脉冲信号载波信号，为伺服系统提供一个相位比较基准。第5章 位置检测装置 脉冲调相器的作用是未来自数控安装的进给脉冲信号转换为相位变化的信号。图5-19为其原理组成框图，在脉冲调相器中，由基准信号发生器产生的基准脉冲信号分成两路，一路直接输入分频器1，它为1/N分频的二进制计数器，称为基准分频通道。为顺应感应同步器滑尺的两励磁绕组供电的要求，该通道输出两路幅值相等

37、、频率一样、相位相差900的脉冲信号，经激磁供电线路变成正、余弦信号给滑尺正弦、余弦绕组励磁。另一路先经过脉冲加减器，再进入分频器2，该分频器也为1/N分频二进制计数器，称为调相分频通道。调相分频通道的义务是将指令脉冲信号调制成与基准脉冲有一定关系的输出脉冲信号，其相位差大小和极性与指令脉冲有关。上述两个分频器均为1/N分频，即当输入N个计数脉冲后产生一个溢出脉冲。 分配器11/N基准分频通道 分配器21/N调相分频通道脉冲加减器基准信号发生器激磁信号指令信号+x-x5-19 脉冲调相器原理框图第5章 位置检测装置 为阐明指令移相情况，设两个分频器均由四个二进制计数触发器C0C3组成，每输入1

38、6个脉冲产生一个溢出脉冲信号。对应无指令脉冲和有指令脉冲两种情况，可用图5-20和图5-21两个波形图来描画C0C1C2C3F图5-7 无指令脉冲时序波形图第5章 位置检测装置 图5-21所示，有一正向指令脉冲经过脉冲加减器，使得输入到调相分频通道的脉冲个数添加一个，结果该分频器产生溢出脉冲的时辰提早产生。因此，在指令脉冲作用下，调相分频通道输出脉冲与基准脉冲有一个相位差1，且110，0为基准信号发生器的基准相位；1为指令信号相位；1的大小取决于指令脉冲数，其随时间变化的快慢取决于指令脉冲频率，而其相对于0的超前与滞后，那么取决于指令脉冲进给方向。图5-21 有指令脉冲时序波形FC1C2C0C

39、3F1分频器2输出分频器1输出1第5章 位置检测装置12NN21 当用同一脉冲源的输出时钟脉冲去触发容量一样的两个分频器1和2时见图5-7，结果在两个分频器最后一级的输出是频率大大降低的两个同频率信号。假设时钟脉冲频率为F，当分频器的容量为N，即N个时钟脉冲使分频器的输出变化一个周期，那么分频器输出端的脉冲频率f为：f=F/NN为最大计数容量，n为触发器个数。假设在时钟脉冲触发两个分频器的过程中，经过脉冲加减器参与一个指令脉冲，分频器2的最后一级输出提早翻转，从而相对于分频器1产生了一个正的相移1见图5-21。脉冲调相器每接受一个脉冲便产生一个指令相位增量 1， 1应符合下式或第5章 位置检测

40、装置假设感应同步器的 节距为2mm，脉冲当量选定为=0.001mm，一个脉冲对应的相移角1为18. 036021t 数控安装每发一个进给脉冲，经脉冲调相器变为超前基准信号一个0.180相移角的信号，即1=1-0=0.180。此时因任务台未动，反响信号相对于基准信号的相位差2=2-0=02为定尺绕组上作为反响信号所取的感应电压U2的相位。鉴相器将12 =0.180的相位差检测出来，经放大后控制伺服电动机带开任务台挪动。随着任务台的挪动，2逐渐增大，相位差逐渐减少，直至0。第5章 位置检测装置 鉴相式伺服系统利用相位比较原理进展任务。当数控安装要求任务台沿一个方向位移时，产生一列进给脉冲，经脉冲调

41、相器的调相分频通道转化为相位变化信号1，它作为指令信号送入鉴相器；丈量安装及信号处置电路的作用是将任务台的位移量检测出来，并表达成与基准信号之间的相位差2，也被送入鉴相器。这两路信号都用它们与基准信号之间的相位差表示，且同频率、同周期。因此，它们两者之间的相位差为12。鉴相器的作用就是鉴别出这两个信号的相位差，并以与此相位差信号成正比的电压信号输出。假设相位差不为零，阐明任务台实践挪动的间隔不等于指令信号要求任务台挪动的间隔，鉴相器检测出的相位差，经放大后，送入速度控制单元，驱动电机带开任务台向减少误差的方向挪动。假设相位差为零，那么表示感应同步器的实践位置与给定指令位置一样，鉴相器输出电压为零，任务台停顿挪动。 第5章 位置检测装置tUUtUUmcmssincossinsinsinsincoscossinsin2tKUtKUUmmtKUmsinsin2. 鉴幅式系统 供应滑尺上正、余弦绕组的励磁电压的频率一样、相位一样但幅值不同。式中 给定的电气角。 那么在定尺绕组产生的总感应电压为(5-8)式中 与位移对应的角度