数控机床的伺服系统概述

第六章数控机床的伺服系统

第一节概述第二节开环步进式伺服系统第三节数控机床的检测装置第四节闭环伺服系统第五节闭环伺服系统分析1数控技术第一节概述

定义：以位置和速度作为控制对象的自动控制系统又称：随动系统。即输出随输入而变化。伺服：侍候和服从功用：接受CNC装置送来的进给指令脉冲，经过一定的信号转换，功率放大，转化为机床各坐标轴的进给运动（承上启下：桥梁作用）2数控技术第一节概述

功能的实现：主要通过对步进电机、伺服电机的控制来实现。

综述：伺服驱动系统作为一种实现进给运动的执行机构，是数控机床的一个重要组成部分，在很大程度上决定了数控机床的性能。伺服控制技术是数控机床的关键技术之一。3数控技术第一节概述一、数控机床对伺服系统的要求二、伺服驱动系统的基本组成三、伺服驱动系统的分类4数控技术一、数控机床对伺服系统的要求1精度高一般脉冲当量为0.01—0.001mm2快速响应特性好能在200ms以内恢复平衡3调速范围大调速范围在1—10000之间4可靠性好平均无故障工作时间达一万小时以上。5数控技术二、伺服驱动系统的基本组成1比较环节（开环没有）2驱动控制单元3执行元件4反馈检测单元（开环没有）比较控制环节检测与反馈单元驱动控制单元电机机械执行部件CNC插补指令数控装置伺服驱动系统的基本组成6数控技术三、伺服驱动系统的分类一般根据其控制原理和有无位置检测反馈环节来进行分类：1开环伺服系统2闭环伺服系统3半闭环伺服系统7数控技术1开环伺服系统电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大数控装置8数控技术2闭环伺服系统位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈数控装置9数控技术3半闭环控制系统位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元++--电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈数控装置10数控技术第二节开环环步进式伺服服系统开环步进式伺伺服系统主要要由：环形脉冲分配配器（环分））功率放大器（（功放）步进电机等组组成工作时从左向向右，设计时时从右向左。。所以先看步步进电机。11数控技术一、步进电机机的工作原理理和特性1、概念：每每给一个脉冲冲走一步。2、类型：根据力矩产生生原理：反应应式、励磁式式、混合式根据相数：三三相、四相、、五相、…根据绕组分布布：径向绕组组、轴向绕组组、混合绕组组根据运动方式式：回转式、、直线式3、应用：数数控机床、机机器人、打印印机…12数控技术轴向绕组13数控技术三相、径向、、反应式步进进电机工作原原理组成：转子（（带齿）定子（6个磁磁极、三相绕绕组）。通电方式：单三拍正转：：A-B-C-A单三拍反转：：A-C-B-A双三拍正转：：AB-BC-CA-AB双三拍反转：：AC-CB-BA-AC三相六拍正转转：A-AB-B-BC-C-CA-A三相六拍反转转：A-AC-C-CB-B-BA-A14数控技术工作原理15数控技术单三拍电压波波形16数控技术双三拍电压压波形17数控技术三相六拍电电压波形18数控技术径向式步进进电机结构构图19数控技术步进电机的的基本特点点1）转角与与脉冲数成成正比２）转速与与脉冲频率率成正比3）转向取取决于通电电顺序4）输出转转角精度高高5）自整角角能力缺点:（１）效率率低（２）没有有过载能力力（３）低频频共振现象象或震荡20数控技术步进电机的的主要特性性１步距角和和步距误差差２启动频率率3连续运行行的最高工工作频率fmax4加减速特特性5矩频特性性和动态转转矩21数控技术步距角和步步距误差步距角：：α＝３６００0／mzk式中：m_步进电机相相数z_转子齿数k_拍数和相数数的比例系系数三相三拍制制式时，k=1;三相六拍制制式时，k=２步距误差：：转子每一一步实际转转过的角度度与理论步步距角之差差步进电机的的主要特性性22数控技术启动频率空载时，步步进电动机机由静止状状态突然起起动，并进进入不丢步步的正常运运行的最高高频率，称称为起动频频率或突跳跳频率。加给步进电电动机的指指令脉冲频频串如大于于起动频率率，就不能能正常工作作。步进电动机机在带负载载(尤其是是惯性负载载)下的起起动频率比比空载要低低，而且，，随着负载载加大(在在允许范围围内)，起起动频率会会进一步降降低。步进电机的的主要特性性23数控技术连续运行的的最高工作作频率fmax：步进电动机机启动以后后，其运行行速度能跟跟踪指令脉脉冲频率连连续上升而而不丢步的的最高工作作频率，称称为连续运运行频率。。其值远大于于起动频率率，它也随随着电动机机所带负载载的性质和和大小而异异，与驱动动电源也有有很大关系系。步进电机的的主要特性性24数控技术加减速特性性：在加减速的的过程中通通电状态变变化的频率率与时间的的关系。要求：加速速时要逐渐渐加速；减减速时要逐逐渐减速。。步进电机的的主要特性性25数控技术矩频特性和和动态转矩矩：矩频特性M=F(f)是描述步进进电动机连连续稳定运运行时输出出转矩与连连续运行频频率之间的的关系(见见图2-25)。该特性上没没一个频率率对应的转转矩称为动动态转矩。。使用时，，一定要考考虑动态转转矩随连续续运行频率率的上升而而下。步进电机的的主要特性性26数控技术二、步进电电机的选择择根据运行速速度、负载载转矩、负负载转动惯惯量、步步距角来选选择。Mm=（Jm+Jleq）ε1+MleqJLeq=J1+J2/ι/ι+（t/2πι)2W/gMleq=t/(2πι)（（FL+μW）27数控技术三、步进电电机的驱动动控制线路路功能：将具具有一定频频率、一定定数量和方方向的进给给脉冲转换换成控制步步进电机各各相绕组通通断的电平平信号。进给脉冲脉冲混合电路加减脉冲分配电路加减速电路环形分配器功率放大器步进电机28数控技术1脉冲混混合电路：：将各种信号号混合成工工作台正向进进给的“正正向脉冲”和和反向进给给的------2加减脉脉冲分配电电路：从正在进给给方向的进给脉冲指指令中，抵消相同数数量的相反方向的补补偿脉冲三、步进电电机的驱动动控制线路路29数控技术三、步进电电机的驱动动控制线路路3加减速电路路（升降速速电路）Pa（fa）同步器可逆计数器数模转换振荡器Pb（fb）30数控技术硬件环形分分配器：如如集成块CH250、YB016等，它一般般由D-触发器、J-K触发器、CMOS电路和门电电路组成。。软件环形分分配器：比比较简单，，但速度慢慢些，多占占用I/O点。4环形分配器三、步进电电机的驱动动控制线路路31数控技术JK触发器组成成的五相十十拍环形分分配器组成：五个个组合逻辑辑控制门、、五只JK触发器JK触发器的特特性：CP=1时，正向输输出=J端的输入CP=0时，输出不不变。JK触发器的作作用：使送送来分配的的脉冲处于于低电平时时输出保持原原来的状态态。通电顺序：：ABC—BC—BCD—CD—CDE—DE——DEA——EA—EAB—AB—ABC三、步进电电机的驱动动控制线路路32数控技术指令脉冲经经两个反相相器驱动，，作为触发发脉冲送到到各触发器器开始工作时时，由清零零控制线将将五个触发发器置为““0”状态态，这时：：A=1B=1C=1D=0E=0以正向控制制为例说明明原理。K+为1，K-为0时，只只有正向控控制门起作作用。各触发器J端的输入状状态：A1J=-A3A2J=A4A3J=A5A4J=A1A5J=A2五相十拍环环形分配器器33数控技术A1J=-A3=CA2J=A4=DA3J=A5=EA4J=A1=-AA5J=A2=-B34数控技术五相十拍环环分正向工工作过程初态：A=1B=1C=1D=0E=0A1准备翻转第一个脉冲冲：A=0B=1C=1D=0E=0A4准备翻转第二个脉冲冲：A=0B=1C=1D=1E=0A2准备翻转第三个脉冲冲：A=0B=0C=1D=1E=0A5准备翻转第四个脉冲冲：A=0B=0C=1D=1E=1A3准备翻转第五个脉冲冲：A=0B=0C=0D=1E=1A1准备翻转第六个脉冲冲：A=1B=0C=0D=1E=1A4准备翻转第七个脉冲冲：A=1B=0C=0D=0E=1A2准备翻转第八个脉冲冲：A=1B=1C=0D=0E=1A5准备翻转第九个脉冲冲：A=1B=1C=0D=0E=0A3准备翻转第十个脉冲冲：A=1B=1C=1D=0E=0A1准备翻转回到初态，，一个循环环结束。A1J=-A3=CA2J=A4=DA3J=A5=EA4J=A1=-AA5J=A2=-B35数控技术单电压功放放双电压功放放三、步进电电机的驱动动控制线路路5功率率放大器36数控技术单电压功放放末级功放采采用大功率率晶体管，，工作在开开关状态（（要么饱和和，要么截截止）二极管：提提供放电回回路，保护护三极管电阻：提高高电流上升升速度，但但消耗功率率37数控技术单电压功放放38数控技术双电压功放放L—绕组VT1—高压管VT2—低压管工作过程：：环分每相输输出的脉冲冲信号分成成两路：一路控制T2的导通和截截止。当T2导通时，U2-L-R-T2-地；另一路，经经微分电路路或单稳态态触发器，，靠窄脉冲控控制高压管管的导通和和截止。一开始高压压供电，后后来低压供供电。特点：高压压供电，电电流上升快快，有利于于提高启动动频率和最最高工作频频率：低压压供电时，，能维持额额定电流值值，而功耗耗较低39数控技术高低压驱动动电路高压低压停线圈1S几千次!!驱动器:电路集成40数控技术环分加驱动动简简称驱动CPDIR+5V~59VUVW华龙41数控技术电流波形42数控技术四提高高步进伺服服系统精度度的措施1传动间隙隙补偿2螺距误差差补偿3细分电路路43数控技术螺距误差补补偿44数控技术细分电路在进给速度度不变的情情况下,步距角相当当于原来多多少?45数控技术第三节数数控机床的的检测装置置概述进给伺服系系统对位置置测量装置置的要求位置检测装装置的分类类旋转变压器器感应同步器器光栅脉冲编码器器46数控技术概述检测装置是是闭环伺服服系统的重重要组成部部分作用：检测测各种位移移和速度，，发出反馈馈信号，构构成闭环控控制闭环系统的的加工精度度主要取决决于------分辨率：位位移检测系系统能测出出的最小位位移量要求：工作可靠，，抗干扰能能力强；使用维护方方便；满足精度、、位移、速速度要求；；成本低。47数控技术位置检测装装置分类：：概述48数控技术一、旋转变变压器1旋转变变压器的结结构2工作原原理鉴相工作法法鉴幅工作法法3旋转变变压器的应应用49数控技术1旋转变变压器的结结构旋转变压器器是一种角角位移测量量装置，由由定子和转转子组成。。相似于两相相绕线式异异步电动机机旋转变压器器的工作原原理与普通通变压器基基本相似，，其中定子子绕组作为为变压器的的一次侧，，接受励磁磁电压。转转子绕组作作为变压器器的二次侧侧，通过电电磁耦合得得到感应电电压，只是是其输出电电压大小与与转子位置置有关。旋转变压器器通过测量量电动机或或被测轴的的转角来间间接测量工工作台的位位移。分为有刷式式和无刷式式形式：旋转转变压器分分为单极和和多极形式式，两极绕绕组、四极极绕组50数控技术电磁耦合：：在定子绕组组上加激磁电压，在转子绕组组两端取出出感应电压，再根据感感应电压的的相位角或幅幅值来测量转子子的转角。在相对转角角θ较小时，θ正比于感应应电压的幅幅值，θ＝０，转子和定子的的磁轴垂直直。转子安安装在丝杠杠上，定子子安装在底底座上，则θ角代表的是是丝杠转过过的角度，，间接反映映了工作台台位移。只只要测出幅值值，便间接接得出θ和工作台位位移2工作作原理51数控技术３旋转变压压器的应用用四极绕组旋旋转变压器器作为位置置检测装置置，有两种种典型工作作方式：鉴相式：根根据感应输输出电压的的相位来检检测位移量量；鉴幅式：根根据感应输输出电压的的幅值来检检测位移量量。52数控技术３旋转变压压器的应用用给定子两绕绕组分别通通以幅值相相同、频率率相同、相相位差900的交流励磁磁电压，即即这两个励磁磁电压在转转子绕组中中都产生了了感应电压压，转子中中的感应电电压应为这这两个电压压的代数和和：由式可见，，转子输出电电压的相位位角和转子子的偏转角角之间有严严格的对应应关系，这样，只只要专用鉴相器检测出出转子输出出电压的相相位角，就就可知道转转子的转角角。由于旋旋转变压器器的转子和和被测轴连连接在一起起，被测轴轴的角位移移就知道了了。鉴相式工作作方式：53数控技术３旋转变压压器的应用用鉴幅式工作作方式：给定子的两两个绕组分分别通以频频率相同、、相位相同同、幅值分分别按正弦弦和余弦变变化的交流流激磁电压压，即则转转子子上上的的叠叠加加电电压压为为由式式可可见见，，转转子子感感应应电电压压的的幅幅值值随随转转子子的的偏偏转转角角而而变变化化，，用用专专用用鉴相器器测测量量出出幅幅值值即即可可求求得得转转角角。。54数控控技技术术3旋旋转转变变压压器器的的应应用用Sin/cosA/D工作作台台D/A放大器伺服电机定子子转子子反馈脉冲指令令脉脉冲冲丝杠杠寄存请问问：：此此图图的的工工作作方方式式是是鉴鉴相相型型，，还还是是鉴鉴幅幅型型？？ψθ△θ前向向通通道道反馈馈通通道道55数控控技技术术二、、感感应应同同步步器器1感感应应同同步步器器的的结结构构特特点点2感感应应同同步步器器的的工工作作原原理理3感感应应同同步步器器的的使使用用4性性能能特特点点与与应应用用场场合合56数控控技技术术1感感应应同同步步器器结结构构sincos节距2τ（2mm）节距（0.5mm）绝缘粘胶铜箔铝箔耐切削液涂层基板(钢、铜)滑尺57数控控技技术术感应应同同步步器器安安装装图图58数控控技技术术2感感应应同同步步器器的的工工作作原原理理感应应同同步步器器是是利利用用励励磁磁绕绕组组与与感感应应绕绕组组间间发发生生相相对对位位移移时时，，由由于于电电磁磁耦耦合合的的变变化化，，感感应应绕绕组组中中的的感感应应电电压压随随位位移移的的变变化化而而变变化化，，借借以以进进行行位位移移量量的的检检测测。。感应应同同步步器器滑滑尺尺上上的的绕绕组组是是励励磁磁绕绕组组，，定定尺尺上上的的绕绕组组是是感感应应绕绕组组。59数控控技技术术2感感应应同同步步器器的的工工作作原原理理当滑滑尺尺正正旋旋绕绕组组上上加加激激磁磁电电压压Vs后，，与与之之相相耦耦合合的的定定尺尺绕绕组组上上的的感感应应电电压压为为：：VB=KVScosθθ滑尺尺余余旋旋绕绕组组上上加加激激磁磁电电压压Vc后，，与与之之相相耦耦合合的的定定尺尺绕绕组组上上的的感感应应电电压压为为：：VB=KVccos（（θθ+ππ/2））=－－KVSsinθθ滑尺尺正正、、余余旋旋绕绕组组上上同同时时加加激激磁磁电电压压Vs、Vc时，，感感应应同同步步器器的的磁磁路路可可是是为为线线性性的的，，根根据据叠叠加加原原理理，，则则与与之之相相耦耦合合的的定定尺尺绕绕组组上上的的总总感感应应电电压压为为：：VB=VBS+VBC=KVScosθθ－－KVcsinθθK——电磁磁感感应应系系数数θ—定尺尺绕绕组组上上的的感感应应电电压压的的相相位位角角60数控控技技术术鉴相相式式工工作作方方式式为何何能能测测0.001mm??61数控控技技术术3感感应应同同步步器器的的使使用用A安装装时时，，定定尺尺安安装装在在机机床床固固定定部部件件上上，，滑滑尺尺安安装装在在移移动动部部件件上上，，定定尺尺与与滑滑尺尺都都应应该该与与机机床床导导轨轨面面平平行行B可拼拼装装成成各各种种需需要要的的长长度度，，定定尺尺200mmC注意意安安装装间间隙隙，，定定尺尺与与滑滑尺尺间间隙隙0.25+0.05mm62数控控技技术术4性性能能特特点点与与应应用用场场合合感应应同同步步器器属属增增量量式式、、非非接接触触式式位位移移或或角角位位移移测测量量装装置置。。感应应同同步步器器的的测测量量周周期期为为其其绕绕组组的的节节距距2τ（（2mm））测量量精精度度高高，，平平均均自自补补偿偿特特性性；；测量量长长度度不不受受限限制制，，通通过过接接长长可可满满足足大大行行程程测测量量的的要要求求。。对环环境境的的适适应应能能力力强强：：抗抗湿湿、、温温度度、、热热变变形形影影响响的的能能力力强强；；维护护简简单单、、寿寿命命长长：：非非接接触触测测量量，，无无磨磨损损，，精精度度保保持持性性好好。。缺点点：：易易受受电电磁磁干干扰扰，，应应加加强强屏屏蔽蔽。。63数控控技技术术三、、光光栅栅1光光栅栅的的结结构构和和种种类类2光光栅栅检检测测的的工工作作原原理理3标标尺尺光光栅栅移移动动方方向向的的判判别别:4提提高高光光栅栅系系统统分分辨辨率率5性性能能特特点点与与应应用用场场合合64数控控技技术术1光光栅栅的的结结构构和和种种类类A种类类:从形形状状上上看看，，又又可可分分为为圆圆光光栅栅和和直直线线光光栅栅根据据光光线线在在光光栅栅中中是是透透射射还还是是反反射射分分为为透透射射光光栅栅和和反反射射光光栅栅B结构构:直线线光光栅栅通通常常包包括括一一长长和和一一短短两两块块配配套套使使用用，，其其中中长长的的称称为为标标尺尺光光栅栅或或长长光光栅栅，，一一般般固固定定在在机机床床移移动动部部件件上上，，要要求求与与行行程程等等长长。。短短的的为为指指示示光光栅栅或或短短光光栅栅，，装装在在机机床床固固定定部部件件上上。。两两光光栅栅尺尺是是刻刻有有均均匀匀密密集集线线纹纹的的透透明明玻玻璃璃片片，，线线纹纹密密度度为为25、、50、、100、、250条条/mm等。线纹之间间距离相等，，该间距称为为栅距，测量量时它们相互互平行放置，，并保持0.05~0.1mm的间隙。组成:光源、、标尺光栅、、指示光栅、、光电源件65数控技术2光栅栅检测的工作作原理当指示光栅上上的线纹与标标尺光栅上的的线纹成一小小角度放置时时，两光栅尺尺上线纹互相相交叉。在光光源的照射下下，交叉点附附近的小区域域内黑线重叠叠，形成黑色色条纹，其它它部分为明亮亮条纹，这种种明暗相间的的条纹称为莫莫尔条纹。莫莫尔条纹与光光栅线纹几乎乎成垂直方向向排列。严格格地说，是与与两片光栅线线纹夹角的平平分线相垂直直。莫尔条纹的特特点:放大作用起平均误差的的作用莫尔条纹的移移动与栅距的的移动成正比比66数控技术2光栅栅检测的工作作原理放大作用用W（mm）表示莫尔条纹纹的宽度，P(mm)表示栅距，(rad)为光栅线纹之之间的夹角，，则有莫尔条纹宽度度W与角成反比，，越小，放大大倍数越大。。67数控技术2光栅栅检测的工作作原理均化误差作用用莫尔条纹是由由光栅的大量量刻线共同组组成，例如，，200条/mm的光栅，10mm宽的光栅就由由2000条条线纹组成，，这样栅距之之间的固有相相邻误差就被被平均化了，，消除了栅距距之间不均匀匀造成的误差差。莫尔条纹的移移动与栅距的的移动成比例例当光栅尺移动动一个栅距P时，莫尔条纹纹也刚好移动动了一个条条纹宽度W。只要通过光电电元件测出莫莫尔条纹的数数目，就可可知道光栅移移动了多少个个栅距，工作作台移动的距距离可以计计算出来。若若光栅移动方方向相反，则则莫尔条纹移移动方向也也相反68数控技术透射光栅69数控技术光栅工作原理理光栅测量系统统如图所示，，由光源、聚光镜镜、光栅尺、、光电元件和和驱动线路组成。读数头头光源采用普普通的灯泡，，发出辐射光光线，经过聚聚光镜后变为为平行光束，，照射光栅尺尺。光电元件件（常使用硅硅光电池）接接受透过光栅栅尺光强信号号，并将其转转换成相应的的电压信号。。由于此信号号比较微弱，，在长距离传传递时，很容容易被各种干干扰信号淹没没，造成传递递失真，驱动动线路的作用用就是将电压压信号进行电电压和功率放放大。除标尺尺光栅与工作作台一起移动动外，光源、、聚光镜、指指示光栅、光光电元件和驱驱动线路均装装在一个壳体体内，作成一一个单独部件件固定在机床床上，这个部部件称为光栅栅读数头，又又叫光电转换换器，其作用用把光栅莫尔尔条纹的光信信号变成电信信号70数控技术光栅工作原理理71数控技术光栅信号的光光电转换72数控技术光栅信号的四四倍频线路73数控技术3标尺尺光栅移动方方向的判别:标尺光栅右移移条纹上移狭缝S2接受信号超超前B/4标尺光栅左移移条纹下移狭缝S1接受信号超前前B/474数控技术4提高高光栅系统分分辨率A提高光栅线纹纹密度B细分电路（倍倍频电路）75数控技术5性能特特点与应用场场合性能特点:增量式测量方方式、非接触触式测量。测测量精度高、、检测范围大大、易于实现现测量信号的的数字化。缺点是不能承承受大的冲击击和振动，不不耐油尘污染染。应用场合：工作台位移或或电机轴角位位移等精密测测量。76数控技术四、脉冲编编码器编码盘直接装装在旋转轴上上测量角位移和和角速度输出信号为电电脉冲两种类型：1增量式式光电编码盘盘2绝对值值式编码盘光电编码器的的特点77数控技术1增量式光电编编码盘信号处理装置abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距τAABBZZm+τ/4一个测量周期期78数控技术2绝对值值式编码盘010111100110011110001001101010111100110111110000000100100011010001234超一圈如何处处理??缺点是什么?与增量式比较较79数控技术循环编码盘1111000111011100010001010111011000100011000010001001101110101110012340101+00100111读错有无影响响??特点是什么？？80数控技术光电编码器的的特点非接触测量，，无接触磨损损，码盘寿命命长，精度保保证性好；允许测量转速速高，精度较较高；。光电转换，抗抗干扰能力强强；体积小，便于于安装，适合合于机床运行行环境；结构复杂，价价格高，光源源寿命短；码盘基片为玻玻璃，抗冲击击和抗震动能能力差。81数控技术第四节闭闭环伺服系统统一、闭环伺服服系统的执行行元件1.直流伺服服电机2.交流伺服服电机二、鉴相式伺伺服系统三、鉴幅式伺伺服系统四、数字脉冲冲比较式伺服服系统82数控技术一、闭环伺服服系统的执行行元件对执行元件的的要求：1调速范围围宽，在整个个调速范围内内，输出的运运动有良好的的稳定性。一一般调速范围围应大于10000，低低速能达到0.1r/min以下。2负载特性性硬当当负载变化时时，输出速度度基本不变。。有足够的过过载能力。3动态响应应快在在0.2秒内内达到稳态精精度。要求静静态、动态误误差小，反向向死区小。4能频繁启启、停及换向向。83数控技术1直流伺伺服电动机直流伺服电动动机的特点A小惯量直流伺伺服电动机B宽调速直流伺伺服电动机直流伺服电动动机的速度调调节84数控技术直流伺服电动机特点过载倍数大，，时间长；具有大的转矩矩/惯量比，，电机的加速速大，响应快快。低速转矩大，，惯量大，可可与丝杆直接接相联，省去去了齿轮等传传动机构。可可提高了机床床的加工精度度。调速范围大，，与高性能的的速度控制单单元组成速度度控制系统时时，调速范围围超过1∶2000。带有高精度的的检测元件(包括速度和和转子位置检检测元件)；；电机允许温度度可达150°～180℃，由于转转子温度高，，它可通过轴轴传到机械上上去，这会影影响机床的精精度由于转子惯性性较大，因此此电源装置的的容量以及机机械传动件等等的刚度都需需相应增加。。电刷、维护不不便；结构复复杂，制造困困难，成本高高。85数控技术直流伺服电机机的调速控制制其工作原理相相同于直流电电机，有激激磁回路和电电枢回路。在在定子磁场作作用下，电枢枢绕组受到电电磁转矩的作作用，从而转转动。N=（U-Ia（Ra+Rt））/KeRa-电枢电阻U-电枢电压Ia-电枢电流Ke-电势系数86数控技术直流调速的三三种方法1改变电电枢电压调速速度范围宽，，但需调压设设备。2改变Rj改变磁通量改变Ke改变n3改变Rt转速只能调低低，电阻功耗耗大。87数控技术直流电动机的的脉宽调速原原理直流电机的调调速方法主要要是调整电枢电压压早期：G-M机组法机机组复杂杂后来：SCR-M可控硅整流器器-直流电机机深调时，电流流波形差，工工作情况恶化化限制了调调速范围的的提高。目前：PWM-M法pulsewidthmodulation晶体管脉宽调调制器-直流流电机具具有响应快，，效率高，噪噪声小，简单单可靠的特点点。88数控技术PWM-M系系统脉宽调速速原理89数控技术PWM-M系系统双向脉宽宽调速90数控技术2交流伺伺服电动机交流调速的特特点交流调速方法法脉冲宽度调制制PWM矢量控制91数控技术交流调速的特特点1容量范范围大，可可达到更高的的电压和转速速，几百瓦—几百百千瓦2同体积积，输出功率率>直流电机机10%--70%3维护简简单，坚固耐耐用4调速精精度高，完全全和直流调速速效果一样5结构简简单，成本底底，无电刷和和换向器磨损损。92数控技术交流调速方法法编码器转子（永磁体）定子绕组线圈接线合电机轴93数控技术交流调速方法法交流伺服电机机转速n调速的理论基基础变频调速：具具有高效率、、宽范围、高高精度调速性性能变极调速：只只能产生2-3种速度同步电机S=0在低速时效率率低结论：交流伺服电电机变频调速速的关键是要要获得可调频调压的交流电源94数控技术调频调压电源源的分类可控硅整流器逆变器整流器逆变器电压型变频器器方案示意图图交流调速方法法95数控技术脉冲宽度调制制PWM交流伺服电机机主要采用变频调速

调频调压电源的分类可控硅整流器逆变器整流器逆变器电压型变频器方案示意图96数控技术脉冲宽度调制制PWM变频频器整流器：交流流变直流电容：滤波逆变器：完成成调频和调压压，同时调节节速度快、配配合好、动态态性能好优点：简化主主回路和控制制回路，仅有有一个可控功功率级，输出出电压、电流流的波形近似似于正弦，电电机运行性能能得以改善。。缺点：在低速速时，高次谐谐波的影响较较大，电机噪噪声大；要求求采用快速性性能的开关元元件。97数控技术PWM变频器器可控硅整流器逆变器整流器逆变器二极管整流器三极管逆变器交流伺服电机三相交流电电压型变频器方案示意图98数控技术PWM逆变器器LdUdT6T4T5T3T1T2CdUVWABC电压型变频器器工作原理结论：变频器器实现变频调调压的关键是逆变器控制制端获得要求求的控制波形（如如SPWM波）99数控技术PWM信号波形100数控技术PWM信号波形控制波形的实实现方式（电电机调速的控控制方式）：：相位控制；矢量变换控制制；PWM控制；磁场控制；101数控技术矢量控制交流伺服电机机的矢量控制制，是既适应应于异步型电电机．也可用用于同步型电电机的一种调调速控制方法法。它是在PWM变频异步电机机调速的基础础上发展起来来的。因为数控机床床的主轴在工工作时，为保保证加工质量量，对恒转矩矩有更高的要要求，所以主主轴交流电机机更广泛地采采用矢量控制制调速用于产生正弦弦控制波原理和方法：：将激磁电流流分解成互相相垂直的两个个方向的分量量（垂直和平平行于电枢旋旋转轴），使使异步电机能能象直流电机机一样，能实实现磁通、转转矩的单独控控制。102数控技术二鉴相式式伺服系统1鉴相式式伺服系统的的工作原理2脉冲调调相器3鉴相器器103数控技术1.鉴相式伺伺服系统的工工作原理脉冲调相器鉴相器直流放大器执行元件工作台检测元件及信号处理基准信号发生器104数控技术基准信号发生生器输出：一定频频率的脉冲信信号作用：为伺服服系统提供相相位比较基准准检测元件及信信号处理线路路作用：检测工工作台的位移移，表达成与与基准信号之之间的相位差差。方法：将基准准信号作为激激磁信号，输输出感应电压压，它与基准准信号之间的的相位差正好好反映工作台台的位移量。。直流放大器鉴相器的输出出信号一般比比较弱，不能能直接驱动执执行元件，需需进行电压和和功率放大。。采用桥式电路路1.鉴相式伺伺服系统的工工作原理105数控技术1一定数量量频率方向的的指令脉冲被被送入鉴相式式伺服系统，，在脉