数控伺服系统组成及原理介绍

数控伺服系统组成及原理介绍伺服系统是指以机械位置或角度作为掌握对象的自动掌握系统算机)和机床的联系环节，是数控机床的重要组成局部。数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。该系统包括了大量的电力电子器件，构造简单，综合性强。C装置是数控系统的“大脑”，是公布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，准确掌握执行部件的运动方向，进给速度与位移量。一、伺服系统的组成组成：伺服电机驱动信号掌握转换电路电子电力驱动放大模块位置调整单元速度调整单元电流调整单元检测装置一般闭环系统为三环构造：位置环、速度环、电流环。号产生电路和功率放大器组成。严格来说：位置掌握包括位置、速度和电流掌握；速度掌握包括速度和电流掌握。号产生电路和功率放大器组成。严格来说：位置掌握包括位置、速度和电流掌握；速度掌握包括速度和电流掌握。二、对伺服系统的根本要求1．精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的准确程度。包括定位精度和轮廓加工精度。2．稳定性好来的平衡状态。直接影响数控加工的精度和外表粗糙度。3．快速响应快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。4．调速范围宽调速范围是指生产机械要求电机能供给的最高转速和最低转速之比。0～24m/min。5．低速大转矩率。对伺服电机的要求：调运范围宽且有良好的稳定性，低速时的速度平稳性电机应具有大的、较长时间的过载力量，以满足低速大转矩的要求。反响速度快，电机必需具有较小的转动惯量、较大的转矩、尽可能小的机电时间常数和(400rad/s2以上)。能承受频繁的起动、制动和正反转。三、伺服系统的分类1．按调整理论分类开环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统开环数控系统没有位置测量装置，信号流是单向的〔数控装置→进给系统〕，故系统稳定性好。性能和精度。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。这类系统具有构造简洁、工作稳定、调试便利、修理简洁、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床半闭环数控系统角度进展检测，不是直接检测运动部件的实际位置。性虽不如开环系统，但比闭环要好。但可对这类误差进展补偿，因而仍可获得满足的精度。半闭环数控系统构造简洁、调试便利、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。全闭环数控系统全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进展检测。全闭环数控系统全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进展检测。的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。2．按使用的执行元件分类电液伺服系统电液脉冲马达和电液伺服马达。优点：在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反响快和速度平稳。缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声、漏油。电气伺服系统伺服电机〔步进电机、直流电机和沟通电机〕优点：操作维护便利，牢靠性高。直流伺服系统进给运动系统承受大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统承受他激直流伺服电机。优点：调速性能好。缺点：有电刷，速度不高。沟通伺服系统沟通感应异步伺服电机〔一般用于主轴伺服系统和永磁同步伺服电机〔一般用于进给伺服系统〕。优点：构造简洁、不需维护、适合于在恶劣环境下工作。动态响应好、转速高和容量大。按被控对象分类进给伺服系统指一般概念的位置伺服系统，包括速度掌握环和位置掌握环。主轴伺服系统只是一个速度掌握系统。4．按反响比较掌握方式分类脉冲、数字比较伺服系统相位比较伺服系统幅值比较伺服系统直流伺服电机构造,原理及特性介绍直流伺服电机构造,原理及特性介绍直流伺服电机及工作特性常用的直流电动机有：永磁式直流电机〔有槽、无槽、杯型、印刷绕组〕励磁式直流电机混合式直流电机无刷直流电机直流力矩电机直流进给伺服系统：永磁式直流电机类型中的有槽电枢永磁直流电机〔一般型〕；直流伺服电机的构造一般直流电机的工作特性⑴静态特性电磁转矩由下式表示:〔6.1〕KT—转矩常数；Φ—磁场磁通；Ia —电枢电流；TM—电磁转矩。电枢回路的电压平衡方程式为:〔6.2〕Ua─电枢上的外加电压；Ra─电枢电阻；Ea─电枢反电势。电枢反电势与转速之间有以下关系：Ke─电势常数；ω─电机转速〔角速度〕。依据以上各式可以求得：〔6.4〕当负载转矩为零时：抱负空载转速 〔6.5〕当转速为零时：启动转矩 〔6.6〕当电机带动某一负载TL时电机转速与抱负空载转速的差 〔6.7〕⑵动态特性直流电机的动态力矩平衡方程式为〔6.8〕式中TM─电机电磁转矩；TL─折算到电机轴上的负载转矩；ω─电机转子角速度；J─电机转子上总转动惯量；t─时间自变量。永磁直流伺服电机的工作特性永磁直流伺服电机的性能特点低转速大惯量转矩大起动力矩大调速泛围大，低速运行平稳，力矩波动小永磁直流伺服电机性能用特性曲线和数据表描述转矩-速度特性曲线〔工作曲线〕负载-工作周期曲线过载倍数Tmd，负载工作周期比d。数据表：N、T、时间常数、转动惯量等等。1﹒转变电枢电路外串电阻R特点：本钱低，易于实现有级调速机械特性较软，电阻愈大则特性愈软，稳定度愈低；在空载或轻载时，调速范围不大；实现无级调速困难；在调速电阻上消耗大量电能等。2﹒转变电动机电枢供电电压U特点：当电源电压连续变化时，转速可以平滑无级调整，一般只能在额定转速以下调整；调速时，因电枢电流与电压U无关，且TL＝常数，电动机属恒转矩调速，适合于对恒转矩型负载进展调速；可以靠调整电枢电压来启动电机、而不用其他启动设备。3﹒转变电动机主磁通Φ可以平滑无级调速，但只能在额定转速以上调整；调速待性较软，调速范围不大属恒功率调速基于弱磁调速范围不大、它往往是和调压调速协作使用。即在额定转速以下，用降压调速，而在额定转速以上，则用弱磁调速。沟通伺服电机原理及工作特性介绍沟通伺服电机及工作特性直流伺服电机的缺点：它的电刷和换向器易磨损；电机最高转速的限制，应用环境的限制；构造简单，制造困难，本钱高。沟通伺服电机的优点：动态响应好；输出功率大、电压和转速提高沟通伺服电机形式：同步型沟通伺服电机和异步型沟通感应伺服电机。1．永磁沟通同步伺服电机的构造和工作原理沟通同步伺服电机的种类：励磁式、永磁式、磁阻式和磁滞式〔1〕永磁沟通同步伺服电机的构造沟通伺服电机的优点：动态响应好；输出功率大、电压和转速提高沟通伺服电机形式：同步型沟通伺服电机和异步型沟通感应伺服电机。永磁沟通同步伺服电机的构造和工作原理沟通同步伺服电机的种类：励磁式、永磁式、磁阻式和磁滞式永磁沟通同步伺服电机的构造永磁沟通同步伺服电机工作原理和性能沟通主轴伺服电机的构造和工作原理沟通主轴电机的要求：大功率低速恒转矩、高速恒功率鼠笼式沟通异步伺服电机流伺服电机的进展永磁沟通同步伺服电机的进展①永磁材料的应用 钕铁硼②永久磁铁的构造改革内装永磁沟通同步伺服电机③与机床部件一体化的电机空心轴永磁沟通同步伺服电机沟通主轴伺服电机的进展①输出转换型沟通主轴电机三角-星形切换，绕组数切换或二者组合切换。②液体冷却电机③内装式主轴电机沟通伺服电动机中的滤波器介绍沟通伺服电动机中的滤波器介绍的电动机消灭在市场上。随着技术完善，价格降低，掌握性能的提高，操作调试日趋简洁，以及系列化、模块化不断进展，用它取代其他类型的伺服掌握电动机已成一种趋势。直接驱动电动机(d-dmotor，dynaserv)因其不需要减速器而在某些特定场合得到广泛的应用，用横河公司(yokogawa)的智能驱动器drvgⅲ为例介绍它的滤波器。该驱动器为较型的型号，可以较全面的概括其他型号的用法。1)调整振荡低频振荡，频率几赫兹，振荡幅度几度到率带宽小于位置掌握频率带宽3倍。也可以是自动调整时惯量力矩值不适宜，如大于1.5倍时。可以反复执行自动调整操作并检查惯量值，其误差不能大于20%。或降低#0参数设置值(伺服刚度设置参数)。低速时的动摩擦力导致。缘由是位置积分限制值太大，位置偏差太大从而使掌握系统不稳定。方法是调整“积分限制值”或增加系统刚度。相移振荡振荡频率为几十到200hz，振荡幅度不低于几十度。缘由是速度输出信号相位落后于速度输入信号相位180°，由掌握理论可知这时系统无稳定裕量。当各种滤波器使用一样的频率或速度掌握带宽和滤波器频率带宽一样时都可引起这种振荡#1参数设置值(伺服刚度设置参数)。谐振振荡频率为几十到2khz，振荡幅度顶多几度，依构造而定。振幅小而频率高，常可听到震颤噪音，系统刚度小易引起这个现象。引起缘由是负载的机械谐振扰动进入速度掌握环，宽5倍以上，构造设计时留意刚性设计，避开瘦长杆构造。可调整滤波器抑制频率谐振点增益来解决。滤波器为消退振荡有三种滤波器。依据具体状况选用。相位滞后补偿滤波器为一阶延迟滤波器，由于它可调整带宽的频率，增加阻尼，在削减相移上优于速度反响滤波器。图1相位滞后补偿滤波器bode图由图1的bode图可看出它比速度反响滤波器多一个一阶微分环#24#25好，因其幅度抑制值小，对峰值高频带窄的谐振不适宜。留意假设速度掌握带宽和一阶补偿滤波器的频率设置太接近简洁引起振荡。陷波滤波器陷波滤波器又称为带阻滤波器，可对任意频率信号有效地阻断，甚至可使谐振点的增益降到零。当谐振峰值高而频率带宽窄时适用。通过转变品质因数(q值)使衰减特性变化急剧或平缓。频率设置范围从50~1500hz，q值设置范围从0.5~2.5(默认值1.5)。图2示出了陷波滤波器设置图。图2陷波滤波器设置图在谐振频带太宽时该滤波器不能滤除干净。[1][2]下一页c.速度反响滤90°。在高频时增益小，当高频处有几个谐振点时适用。增益在－3db规定为带宽频率，设置范围从50～1000hz(见图3)。留意使用时相移可到90°，可能会发生相移引起的振荡。图3速度反响滤波器bode图调试设定步骤1.先调陷波滤波器1和2效果就关闭该滤波器。再调整相位滞后补偿滤波器。#24=n×#2#25=4×#24参数#24为一阶滞后补偿频率#1；参数#25为一阶滞后补偿频率#2；参数#2为速度掌握带宽#1。设置参数#24用n=3，n=2，n=1来试，不能使振荡停顿就关闭该滤波器。减低参数#1的值(伺服刚性设置)。返回到步骤1。反复调整直至满足。假设自调整时出错，可将负载惯量设置为零，并增加自调范围(参数#51，自调模式执行范围)。假设自调整时振荡则降低伺服刚度直到谐振停顿。再重复执行自调整，滤波器调整。各种型号的这类电动机和驱动器均有它自己的调试对加速度并不做严格要求，只要加速区不是太长就行，被测对象种类较多，重量、惯量、刚度各不一样，并且更换被测对象频繁。使用自动调整，在加载，空载，或换负载对象时常发生谐波滤波器硬件断开，拔去连接插头，才能使系统稳定。上一页[1][2]伺服电动机根底学问伺服电动机根底学问1.1伺服电动机等等过渡性动作，操作和驱动机械负荷。1.2直流伺服电动机直流伺服电动机的原理和一般的直流电动机一样，作为伺服电动机来考虑，有以下几点：(l〕与直径相比，电枢较长；(2〕为了削减不规章转矩的消灭，电枢作成斜槽的；(3〕为了防止涡流，励磁铁芯和磁扼都是硅钢片叠压成的。伺服电动机的种类〔代表性的〕3沟通伺服电动机常用的两相伺服电动机和感应电动机原理一样。,50Hz,6OHz,400H，功率多在10w以下。1.4用途工业用机器人、机床、办公设备、各种测量仪器、计算机关联设备〔打印机、绘图仪、磁带卷取装置〕微型电动机微型电动机是超小型电动机的总称3W以下，最大尺寸在50mm以内。日益增长的倾向。微型电动机微型电动机的种类直流用l〕直流微型电动机2〕直流无刷电动机沟通用(l〕单相罩极式感应电动机(2〕电容运行电动机(3〕单相磁滞电动机微型电动机微型电动机的种类直流用l〕直流微型电动机2〕直流无刷电动机沟通用(l〕单相罩极式感应电动机(2〕电容运行电动机(3〕单相磁滞电动机直流微型电动机为2，使用电压多为1.5-4.OV.无刷电动机电压为直流，原理与同步电动机接近。沟通微型电动机沟通微型电动机磁滞电动机是同步电动机的一种直流微型电动机为2，使用电压多为1.5-4.OV.无刷电动机电压为直流，原理与同步电动机接近。沟通微型电动机沟通微型电动机磁滞电动机是同步电动机的一种脉冲电动机〔步进电动机〕脉冲电动机原理图〔磁阻式〕).13.2 (l 〕VR](2 PM］(3 〕复合式VR 式和PM 式复合。3.3 ―――X、YX、Y轴4.14. 2 (1 〕(2)PLL 控制〔Phas