数控机床的进给伺服系统概述

第六章数控机床的进给伺服系统

第一节概述

第二节开环步进电机

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第一节

概述伺服驱动系统是指以位置和速度作为控制对象的自动控制系统。伺服系统的性能，在很大程度上决定了现代数控机床的性能。如：数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态与静态性能。数控进给伺服系统是一种位置控制系统，分为开环、半闭环和闭环三种。一、数控机床对伺服系统的要求1、精度高脉冲当量越小，机床的精度越高。0.01-0.001mm;2、快速响应特性好快速响应是伺服系统动态品质的标志之一。达到最大稳态速度的时间要求在200ms以内。

3、调速范围大调速范围：电机的最高转速Nmax和最低转速Nmin之比。要求应大于：1:10000

4、负载特性要硬当负载变化时，输出速度应基本不变。5、系统可靠性要好

二、数控机床伺服驱动系统的基本组成数控机床的进给伺服系统是由：伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。进给指令比较控制环节驱动控制单元执行元件机床反馈检测单元三、数控机床伺服驱动系统的分类按其用途和功能分为：

进给驱动系统和主轴驱动系统按其控制原理和有无反馈环节分：

开环系统、闭环系统和半闭环系统按驱动执行元件的动作原理分为：

电液伺服系统和电气伺服系统。其中电气伺服系统又可分为直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统。1、

开环控制和闭环控制进给系统特点（1）开环控制系统①结构较简单，调试、维修、使用方便、成本低②无位置反馈环节，系统稳定；③速度及精度较低。驱动器步进电机工作台CNC指令脉冲开环控制系统结构图（2）半闭环与闭环进给系统特点：①结构比较复杂，安装调试比较麻烦；②加工精度高，速度快。

+指令位置检测测量与反馈-速度控制单元位置调节器伺服电机工作台半闭环控制（3）闭环进给系统2、进给驱动与主轴驱动进给驱动用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程的转矩。主轴驱动控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动率和所需的切削力。3、直流伺服驱动与交流伺服驱动直流大惯量伺服电机有良好的宽调速性能。输出转矩大，过载能力强，由于电机惯性与机床传动部件的惯量相当，构成闭环后易于调整。直流中小惯量伺服电机适于数控机床对于频繁启动、制动，快速定位、切削的要求。交流电机的一个最大优点是交流容易维修，制造简单，易于向大容量、高速度方向发展。缺点:电刷和换向四、数控系统常用伺服电机

1、步进电机开环进给驱动装置，在经济型数控机床上用；2、改进型直流电机在静态和动态特性较普通直流电机所改变，早期使用；3、小惯量直流电机减小电枢的转动惯量，获得好的快速性，早期使用；4、永磁直流伺服电机能在较大过载转矩下长期工作；可在低速下(1r/mm甚至0.1r/mm)平稳运转。70年代—80年代中期广泛应用，目前还在使用；5、无刷直流电机：

实质是交流调速电机的一种。性能达到直流电机的水平，又取消换向器及电刷部件，电机寿命提高一个数量级；6、交流调速电机：

自80年代中期开始，以异步电机和永磁同步电机为基础的交流进给驱动得到迅速的发展，是进给驱动的一个发展方向。第二节开环步进式伺服系统

一、步进电机步进电机是将电脉冲信号转换成角位移；角位移量与电脉冲数成正比；转速与电脉冲频率成正比。1、步进电机的种类和结构（1）分类分类方式具体类型按力矩产生的原理1）反应式：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行。2）激磁式：定、转子均有激磁绕组，由电磁力矩实现步进运行按输出力矩大小1）伺服式：力矩小，只能驱动较小的负载2）功率式：输出力矩大，可直接驱动工作态等较大的负载。按定子数1）单定子式2）双定子式3）三定子式4）多定子式按各组绕组分布1）径向分相式：电机各相按圆周依次排列2）轴向分向式：电机各相按轴向依次排列SB-58-1型五定子轴向分相反应式步进电机。2、反各应式步戒进电机诉工作原宜理1）电机的转速取决于绕朝组与电源接配通或断能开的变明化频率；2）电机速的转动方向取决于绝绕组通电的顺舰序；3）电牛机转过踏的角度取决于通电的擦次数。4）电拌动机定桐子绕组貌每改变末一次通灭电方式结——称招为一拍5）每输凡入一个脉耍冲信号，偷转子转过巾的角度—眯—步距角αº上述通电爬方式称为荐：三相单饰三拍。（狭三相三拍刺）单——末每次通用电时，贼只有一期相绕组世通电；双——每厚次通电时蹈，有两相陶绕组通电铃；三拍—言—经过狼三次切韵换绕组远的通电伤状态为料一个循拥环；除此之吩外的通止电方式模还有：三相双合三拍：AB—善BC—毒CA—稠AB三相单双嘱六拍：A—AB突—B—B鸣C—C—狠CA—A设步进班电机的妙定子绕脏组有m相；转宇子齿数玻为Z齿；通斩电方式凭系数为k则每输入堵一个脉冲酷电信号，珍转子的步忠距角αº有：通电拍数馅相同时k=1厕；不同时k=2。步进电虚机的步恩距角越候小，位信置精度际越高。赌由上式仿知道：掀磁极数吉越多，削转子齿薯数越多欲，步距弄角就越辉小。m:相数,白z:齿数;k:m相m拍时k取1,m相2m拍时k取2;最常见的妹一种小步爹距角三相雨反应式步趁进电机如据图所示。设定子有A、B医、C三相绕惯组，转堂子上均苗匀分布剂40个帝齿，定伞子上每谨个极有慨5个齿降，与转垒子上的牌齿宽和故齿距相愉同采用单显三拍运岗行方式帮：三相六拍抱运行方式德：若输入一个脉冲，转子转过转，故电动伪机的转湿速n为：如果每秒输入f个脉冲，电动机的转子每秒钟转f——控制脉堤冲的频辞率定子和尊转子都妖分为5庸段，呈施轴向分战布；有果16个宜齿均匀谣分布在技圆周上暗，齿距=室360掩º/1伞6=2猜2.5艘º；各枕相定子欲彼此径锁向错开精1/5滚个齿的督齿距；SB-58-1型五定子轴向分相反应式步进电机。如按5相璃5拍通电近，则步距怕角为：如按5相店10拍通五电，即AB—估ABC瞒—BC埋—BC懂D—C醒D—C刺DE…….滴，步距角石为：例如：助110BF00怎3代表该膨步进电社机为反粮应式，筐外径1由10mm，三相控制城绕组反应式牌步进电如机的型示号表示直：××××××定子绕组相数BF：反应式BGY：混合式电动机外径（单位：mm）3、步吧进电机趣工作特常点：1）步鲜进电机愤受脉冲袋电流的铸控制，剂转子的严角位移休和角速薯度与输秒入脉冲获的数量劳和脉冲甘频率成忌正比，株改变相惑的通电得顺序可吼以改变李步进电挨机的旋吩转方向孩；2）步进柏电机有自燥整角能力邪，不需机臭械制动；3）步能距无累昏积误差竹；4）步进死电机的效厘率低，脉躁冲当量不准能太小，舅调速范围开不大。四、步进辱电机的主映要特性1、步距乓误差步距误差无直接影响杆执行部件独的定位精硬度。单相通仰电时，谦步距误织差由定毛子和转恳子的分柄齿精度蚁和各相冤定子错跪位角度格的精度被确定；多相通乔电时，枕步距误然差还和进各相电富流的大搭小、磁锡路性能睡等因素释有关。2、单除相通电任的矩角冤特性单相通电悔时的电磁陈转矩与失缩慧调角之间夸的关系称械为单相通固电时的矩黄角特性。粥其大至上纵是一条正摸弦曲线。Mjma握x---最大静态盘转矩,表挡明了电机废能承受的沟最大静态金负载转矩徐。各相绕组懂单相通电般的矩角特浆性不能相怖差太大。失调角eMeMjmax多相通电床时的矩角止特性，可军根据单相赌通电的矩谊角特性以污向量和的赤方式算出阻。当步进怎电机励罚磁绕组效相数大享于3时兰，多相殊通电多始数能提宴高输出混转矩。所以功率德较大的步芬进电机多完数采用多摆于三相的享励磁绕组畅，且多相叫通电。步进电机多相通电时的转矩11.73221.732111.6181.618111.4141116543电机相数54321432132121同时通电相数3、启动斧转矩Mq当电机所落带负载ML<Mq时，电趋机可不肠失步的朵启动。ABCMqe2、最高释启动频率霜和最高工服作频率最高启动恰频率fg：步进电机沿由静止突骆然启动，挣并不失步烘地进入稳钳速运行，歪所允许的困启动频率巷的最高值苹。最高启轧动频率fg与步进终电机的纷惯性负走载J有关。最高工作蛛频率：步进电汗机连续奸运行时请所能接聪受的最供高频率夜。3、输出冠的转矩—脂—频率特广性Md(N.m)f(Hz)在步进电宝机正常运烤转时，若偿输入脉冲楼的频率逐圈渐增加，帽则电机所佣能带动的堆负载转矩历将逐渐下升降。五、步进孤电机开环天进给伺服烫系统1、传动腊计算目的冷：计算齿啊轮传动张比i，确定齿数告(Z1、Z2)，以①满足脉怒冲当量δ的要求称。②提高欢步进电塌机的负物载能力殃。（1）直线进给归系统已知：嗽进给系称统的脉叫冲当量δmm；步进电机怀的步距角αº；滚珠丝杠脚的导程tmm；求：齿轮传某动比i。1）为了旧求得所需歼的脉冲当雅量；2）满旧足结构蛙要求和槽增大转圣矩的作麦用。步进电趣机的进老给系统廊使用齿绍轮传动喂的作用容：（2）圆周进给非系统已知：脉右冲当量为δ，蜗杆为Zk头，蜗轮汗为ZW点，则：2、步知进电机剂的驱动殃电路3、步进电机止的驱动控筛制线路功能：将具有一窄定频率、趟一定数量司和方向的葬进给脉冲斗转换成控截制步进电贡机各相定与子绕组通价断电的电染平信号。一个较完插善的步进州电机的驱毛动控制线泡路包括脉刃冲混合电延路、加减填速电路、绘环形分配册器和功率光放大器（1）纽奉脉冲混愁合电路功能：亩将一些躁信号混蚂合为使姜工作台莫正向进爱给的“险正向进值给”信触号或使役工作台希负向进胞给的“肺负向进衣给”信废号。（2）柴加减脉夺冲分配寇电路功能：从婚正向进给含方向的进鸡给脉冲指女令中抵消吸相同数量新的反方向卷补偿脉冲撒。（3）魄加减速芬电路由同步番器、可碍逆计数吸器、数缝模转换定电路和RC变频振盘荡器组控成。包括三部造分：1）升脚速过程厌（fa=fb)2）均匀过程证（fa=fb后）3）降榜速过程在整个践过程中断，进给舟脉冲Pa时可逆叼计数器竹作加法缺计数，RC变频振荡赶器的输出眠脉冲Pb,使其作废减法计波数。由里于RC变频振负荡器的切输出脉安冲Pb是进入步详进电机的颜工作脉冲聚，因此，殃经过加法那减速电路见保证不会算产生丢步画。（4）秩环形分肚配器设计环形防分配器时活，先确定道步进电机考的工作状表态。常用的程步进电扯机的工围作方式倒：运转方式三相三拍三相六拍四相四拍四相八拍五相五拍五相十拍拍号ABCABCABCDABCDABCDEABCDE11001001100110011000110002010110011011100110011100300101000110110001100110041000111001011110001011105001110000111100000110610110110011171001001000118110110011911001000110110011111000（5）功窗率放大器由环形分练配器输出升的脉冲功预率很小(飘只有几十金毫安)，碍不能直接溜驱动步进选电机的绕黑组，需进失行功率放咸大，使脉匪冲电流达化1~10A才行。1）单模电压供吗电功放宅器缺点：由于R0的存在，扇无功功率凤耗增大。雪适用于小吐功率步进贞电机。3、提高况步进伺服霞系统精度浙的措施（1）泽传动间遥隙补偿当收到唇反向位拾移指令笛后，由挣间隙补验偿软件尖或补偿公电路产茅生一定胃数量的抗补偿脉铅冲，使拿步进电衫机转动街越过传咽动间隙阅，然后肥再按指打令脉冲风使执行泻部件作帽准确的牛位移。（2）螺辫距误差补忽偿具体做庙法：1）安置馒两个补偿谁杆分别负背责正误差顷和负误差会的补偿。2）在两摸个补偿杆牲上，根据乱丝杠全程历的误差分蜓析及上述惹误差补偿抱原理，设色置补偿开妻关或挡块浑；3）当柿机床工幕作台移萝动时，广安装在邮机床上琴的微动垫开关每信于挡块贿接触一肺次，就督发出一叮个误差埋补偿信傻号，对岁螺距误旦差进行亦补偿，批以消除坦螺距的钓累计误炕差。（3）窃细分线拴路把步进电排机的一步蚁再分得细械一些。换罩句话说，岩采用十细伏分线路后姜，在进给速度不变的少情况下狸，可使摸脉冲当询量缩小郊到原来禁的1/奶10.第三节冷数控机床焦的检测装芒置1、检龙测装置胁的作用检测装敬置是数茂控机床坚闭环伺瞧服系统茅的重要幅组成部讨分其作用烛是：检测位移扬和速度，普发送反馈荒信号，构泡成闭环控坑制。闭环控制眉的数控机糊床的加工季精度主要酬取决于检测系掉统的精堆度。2、数控印机床对位早置检测装绑置的要求1)、明高的可洁靠性和衡高抗干江扰性；2)、孝使用维诞护方便尤，适合膊机床运听行环境蒸；3)、忠满足精赠度与速玩度要求腿和机床舍工作行珍程的要坊求；4)、成祸本低；5)、便晓于与数控脱系统相联垃。不同类题型数控竭机床对潮检测装首置的精虾度和适来应的速挤度要求扇是不同巾的：对于大型箩机床以满学足速度要轮求为主；对中、小胃型机床和涌高精度机畜床以满足紫精度要求昆为主。3、检测权装置的分晓类（1）蚀按检测贯信号的誓类型分（2）岩按测量匆方式分流类（3）灰按测量疾获得的东值来分绣类绝对式倚测量和亦增量例式测量问：绝对式增量式绝对式增量式绝对值式磁尺直线感应同步器磁尺容栅编码尺长光栅直线干涉仪直线型多极旋转变压器旋转变压器圆感应同步器圆磁栅编码盘圆光栅回转型模拟式数字式常用位置检测元件一、旋故转变压那器1、旋转养变压器结湾构分为定跟子和转渗子根据转子茧绕组两种鼓不同的引维出方式分栋为有刷式风和无刷式锯两种结构帅。2、旋政转变压户器的工北作原理设加在凑定子绕岛组S1S2的激磁电缺压为Vs=议Vmsin领ωt转子绕组开感应电动哑势为VB=K筛Vssin=KVmsinθ甚sinω渣tK：电磁耦合棕系数Vm：Vs的幅值Θ：转子的态转角二、感应秤同步器感应同密步器是镇一种电仔磁式位含置检测潮元件，蛇按其结狸构分为赞直线式稼和旋转袋式。直线式感阳应同步器压由定尺和羊滑尺组成总（直线位眼移测量）晕旋转式感果应同步器嗽由定子和卡转子组成模。（角位推移测量）1、结构特氧点定尺滑尺：连续绕组正弦绕组余弦绕组定尺和欠滑尺的评节距相向同，标准型的披感应同步贸器的节距松为：2=2mm两相绕组敞在空间相呼差1/2位个节距2、工君作原理A点表示滑乓尺绕组与撕定尺绕组诞重合，定尼尺绕组中巷的感应电细势最大。B点表示两闹绕组错开历1/4节肌距，感应缘瑞电势减为兼零。C点表示两关绕组错开兴1/2节迹距，感应爆电势负的友最大。D点表示两油绕组错开印3/4节吹距，感应粉电势再次宵变为零。滑尺在陕移动一物个节距腰的过程干中，感志应同步声器定尺带绕组的抱感应电羊势近似们于余弦挤函数变金化了一理个周期送。设VS是加在蜘滑尺任桃一绕组完上的激血磁交变贡电压欲：VS=Vmsint定尺绕看组上的购感应电辉势为：VB=KVScos捡=冰KVmcos艇sint式中：K---砌-电磁耦林合系数Vm---V的幅值--路--反映定尺弃和滑尺的拼相对移动论的距离x三、光涨栅1、光加栅的种雄类及结研构（1）倾光栅种挠类按反射的批原理分：1）透忍视光栅在玻璃的干表面制成爱透明与不筹透明间隔裙相等的线倒纹。其特点为打：①光源饱可垂直愤入射，休信号幅骑度大，撤读数头旋结构饿较简单给；②每毫米至上的线纹伶数多。③玻璃炊易碎，灿热胀系堡数与金竭属部件怠不一致颈。2）反梅射光栅在金属的结镜面上制客成全反射疏与漫反射迎间隔相等转的线纹。其特点饶为：①长光茫栅的热厚胀系数盒容易做码成与机宫休材料忽一致；②长光栅侮的安装和拨调整比较挎方便；③安装扎面积较虾小；④易于碗接长；⑤不易碰叉碎；⑥形成察的莫尔挨条纹反炼差较大狭，每毫套米内线竞纹不宜花过多。按形状分卖：（2）光怠栅位置检旦测装置的栏结构光栅系统宋的精度主怒要取决于丈光栅的制甚造精度，尽即光栅任昏意两点间既的误差—榴—累积误鸡差。2、光栅回的工作原除理（1）棉摩尔条食纹白色代表著不透光，缠黑色代表宣透光两条刻爱线之间旋的间隔棚称为栅锐距。若1毫米凶内刻10呆0条线纹棉，则栅距咽为0.0传1mmWW为摩尔沿条纹的快宽度。可见：踪蝶摩尔条叮纹可将供原来的扭很小的柄栅距放霸大。莫尔条某纹的特岭点（1）月放大作擦用Wc——莫尔条趴纹宽度还；ω——栅距；θ——光栅线威纹间的白交角。由于θ很小，Wc可以比ω大很多倍睬。例如：ω=0.暗01mm薄，θ=0抽.001楼rad时，莫尔条裹纹的宽铺度Wc=10m匆m，其放大家倍数相筹当于1相000仙倍，从扇而减化雁了放大缠电路。（2）平死均效应起平均误叛差的作用莫尔条只纹是由红许多根冻线纹组日成的。风如：光乡丰栅为1仅00线颂/mm一条10mm长的莫竞尔条纹宏由：1浙00线咏/mm×1欲0mm=判1000条光栅线认纹组成，朵光栅上线赞纹的间距摩误差就平岁均化。（3）杠莫尔条钻纹的移骆动规律经与栅距忙之间的宜移动成纱比谱例当光栅向羊左、右移妙动一个栅屯距ω，莫尔条纹耐也相应地挑向上、下扰移动一个WC。莫尔条艳纹的移杠动有如历下规律匪：若长光栅爸不动，指割示光栅逆根时钟方向消转一个小叹角度（+θ），然后向泉左移动匀，则莫组尔条纹尿向上移烂动；反馋之，当溉指示光沉栅向右复移动，照条纹向陪下移动熟。如果岁将指示益光栅按钻顺时针澡方向转巨过一个饿小角度号(-θ)，则情况与斜上述相反确。当光栅片移动一纹个栅距模时，摩遮尔条纹民的亮度佩也变化州了一个嫂周期。E光的强度x位移光电接收元件（２）召光栅的枯辨向采用一壁个光电份元件所斗得到的场光栅信聪号只能晌计数，狡但不能泻辨识运锁动方向摆，为了搁确定运直动方向铜，至少拿要有两须个光电写元件。遮如图所臭示。光电元件S1光电元件S2两个光吵电元件巴位置间茂隔1/敞4个摩闲尔条纹罩间距。产生的颂光电强挺度相差封900ExS1S2S2通过判扶断S1和S2的超前或婚滞后来确沃定移动的寻方向。（3）歪光栅位击移——叠数字变惯换电路为了提制高光栅论检测装驰置的精妨度，可摊以提高喜刻线精桶度和增朋加刻线呢密度。乞但刻线炊密度达止200拢线/mm以上的细给光栅刻线伞制造较困为难，成本僻也高。因躲此，通常屑采用倍频秀的方法来蛋提高光栅乌的分辨精燃度，见图蕉6-26旱采用四倍锋频方案避。光电元稳件由四块变光电池组婶成，产生遇的信号，慈相位相差覆90度。谨该电路还健将模拟位疑移转化为润数字量。设光栅遍刻线的反密度为杀：50泻线/mm，采用4搁个光电你元件和宅4个隙劲缝，每猛隔1/桶4光栅荷节距产辛生一个漏脉冲。设虽然光遇栅栅距项为0.康02mm，但4倍频库后，每一情脉冲都相馒当于5μm，即分辨固精度提爆高4倍炎。此外蒸，还采辉用8、仙10、苦20倍悠频及其许它倍频挑线路。xE四、脉棋冲编码醋器脉冲编警码器是主一种旋降转式脉棋冲发生惜器。它朝将转角狐电脉冲旗，是一钢种常用搁的角位戏移传感惑器。1、增量零式编码器增量式脉玻冲编码器穴实际上就瞒是圆光栅摩。在圆盘束的周围上植分成等距题的透光和具不透光部捏分相间的业辐射状线饰纹，该圆子盘与工作舞轴一起旋狐转。辨向指暗示光栅抓上有两闸段线纹亡组A和B，每一组阅的线纹期间节距伸与圆光浊栅相同圈，而A组和B组的线纹管彼此错开闯1/4节价距。指示书光栅固定你在底座上该，与圆光志栅的线纹赤平行的放沃置，两者侨保持一定轮距离。光线透陡过圆光团栅和指鸡示光栅且的线纹刃，在光仓电元件仆上形成授明暗交拣替变化筹的条纹妨，产生余近似于胞正弦波和的电流请信号A和B，两者的刃相位相幅差90纪度。若A相超前于B相→电源机作正向治旋转；国若B相超前周于A相→电捷机作反向问旋转智；C相是一哪转脉冲沿，产生指机床的家基准点讲，又称凝零点脉肥冲。在应用狱时，从倦脉冲编曲码器输赏出的A和，B和四个台方波引始入位置友控制回屿路，经淹辨向和训乘以倍钞率后，摇变成代严表位移怎量的测肃量脉冲答；经频继率一电昂压变换助变成正雹比于频夺率的电票压，作役为速度萝反馈信深号，速聪度控制骗单元进舰行速度荒调节。2、绝呀对值式灾编码器增量式升脉冲编如码有个巷缺点：桃在加工犹过程中猜，若遇钻因故障圾而停止护加工时宾，一旦解故障排此除后，提就不能壮找到事背故前执储行部件济的正确现位置。悬采用绝爽对值编徒码器就愤可以解戚决这个两问题。绝对式阔编码器灰可以直投接把被请测转角夸过位移遣转换成埋相应的讨代码，提指示的弦是绝对霞位置而炸无绝对巾误差。注：白色部分透光——表示’0’；黑色部分透光——表示’1’；圆盘内端(靠轴端)是二进制高位，外端是二进制的低位。（1）分阴类接触式消、光电念式和电店磁式等（2）工型作原理通过读泉取编码霞盘上的身图案来翻表示轴削的位置新。采用的编洽码有：二岸进制编码舞、二进制况循环码、乔二—十进稳制码等；（3）筛二进制筝与二进痛制循环意码的比挂较二进制编纪码方式的扔缺点：图根案转移点饲不明确，象容易产生狸读数错误语。二进制急循环编屿码：图辽案的切威换每次招只有一巨位数，螺能把误劝读控制桌在一个萌数的单任位内，购提高可赵靠性。4、绝课对值式酷编码的哈特点1）可驼以直接乒读出角披度坐标龟的绝对江值；2）没有捐累积误差针；3）电源溉切除后，马位置信息答不会丢失每；4）允厕许的最峡高转速爪比增量赢式编码洪器高。第四节巾闭助环伺服眯系统优点：工作可靠称、抗干扰东性强，伺瞒服精度高总。缺点：结构复搜杂，调伙试、使茎用与维把护也相逼对更困译难。一、闭住环伺服小系统的泽执行元斥件执行元蛮件是它颂的重要猫组成部原分，它犬的作用鬼是把驱韵动线路似的电信鼓号转化镇为机械祸运动，劫整个伺靠服系统摘的调速坏性能、耐动态特岔性，运毫行精度枯均与执滤行元件浸有关。伺服系统砍对执行元揉件有如下凳的要求：调速范列围宽且亚具有良谣好的稳货定性，鞋尤其是授低速运诵行的稳垄定性和妨均匀性像。负载特幅性硬，鞭即使在称低速时钥也有足岁够的负敲载能力序。尽可能的蚀减少电机们的转动惯剂量，以提卵高系统的爬快速动态洞响应。能够频繁继启、停及削换向。1、直筑流伺服夜电机（1）小上惯量直流送伺服电机特点：1）转动辆惯量小，涨约为一般催直流电机铺的1/1阻0。2）具励有良好福的换向逝性能。3）由于厕转子无槽垂，保证了记低速运行期的稳定性线和均匀性柜。在转速薪低达10r/mi聪n时无爬慎行现象捞。4）过载条能力强，真最大电磁导转矩可达牛额定值的弦10倍。5）热值时间常粮数较小叫，容许芝过载的钳持续时蹲间不能猪太长。（2）宽错调速直流监伺服电机它是在疫维持一嫩般直流鄙电机较骂大转动迷惯量的嗽前提下涌，尽可决能提高唱转矩的驰方法来佳改善其留动态特流性。具教有快速司响应性碧能，即筋较好的谦输出转萍矩/惯蓬量的比眨值。特点：1）高转矩2）调速范围们宽3）动态岁响应好4）过载能力笛强5）易于调试（3）直该流伺服电浇机的速度颜调节直流伺塞服电机产的调整稠方法主宽要是调饺整电机偶电枢电井压。一般直陕流速度枪控制单孙元较多其采用晶缺闸管调景速系统更和晶体劝管脉宽台调制(PWM)调速系统膝。PWM调速原理付是利用脉受宽调制器脾对大功率俘晶体管开磨关放大器剥的开关时伸间进行控趁制，将直咏流电压转航换成某一尚频率的方闯波电压，搭加到直流弦电机电拾枢两端，株通过对方调波脉冲宽坡度的控制鼻改变电枢孕两端的平包均电压，晋从而达到迎调节电机闹转速的目故的。（1）PWM工作原阀理图a中的开聚关S周期的闭酱合、断开峰，开和断碎的周期是T。在一个惰周期内比，闭合吨时间为τ,若外加绸电源的贼电压U是常数，常则电源加估到电机电弃枢上的电矮压波形将孤是一个方辜波，它的悄平均值Ua为:Ua=δrU。δ=别τ/T哈,称为导通约率。当T不变时，么只要连续辩地改变(0寒~T),就可使啦电枢电洁压的平锁均值由碎0连续艺变化到U，从而连续漠地改变电虫机的转速乞。PWM调速系统葵的特点：频带宽：美截止频率怪高于晶闸固管，系统殃有较高的醉工作频率迅，其开关置工作频率牺多为2kHz或5KHz。电机脉动泊小：输出晒转矩平稳晶，对低速洞加工有利激。电源的留功率因张数高。动态硬努度好，圣系统具虹有良好势的线性捉。2、交流热伺服电机特点：转子惯量贱较直流电候机小，动指态响应好墙，能在较握宽的范围词内产生理贵想的转矩怠，结构简污单，运行台可靠。交流伺服遗电机的速怎度调节通忌常由调频猜调速的方蛋法实现。交流伺服袭电机变频纲调速的关虽键问题是扇获得调速恶调压的交医流电源。勒实现调频辞调压通常押采用交流蔽—直流—交流的变包换电路充实现，艇其主要未组成部庄分是电晚流逆变轻器。二、鉴相朵式伺服系纳统鉴相式线伺服系脱统是采激用相位绍比较方土法实现桐位置闭闲环及半蛋闭环控瓶制的伺界服系统次。1、鉴宵相式伺拖服系统干的基本两组成和上工作原盲理主要基集准信号围发生器催、鉴相费器、检跳测元件躲及信号誉处理线类路、脉孕冲调相英器和执份行元件监等组成馋。基准信号茅发生器输规出一列具士有一定频刮率的脉冲盈信号，其转作用是为臭伺服系统约提供一个腿相位比较闯的基准。脉冲调相性器是将脉治冲信号转丹换为相位律变化信号蹦，该相位找变化信号绒可用正弦励波或方波疾表示。检测元跑件及信乎号处理圆线路的葬作用是坡检测工恢作台的穿位移，储并表达虎为基准墓信号之量间的相梦位差。铺此相位廊差的大伏小代表齿了工作瞎台的实壶际位移眯量。鉴相器的丢输入信号缝有两路：粒1.来自迹脉冲调相验器的指令锋进给信号病。2.来戒自检测元羞件及信号恰线路的反氧馈信号。弯这两路信荐号用它们死与基准信历号之间的石相位差表炸示，且同默频率、同神周期。鉴庭相器的作撒用是鉴别题出两个信献号之间的悠相位差，希并以与此董相位差信轰号成正比禾的电压信裂号输出。容鉴相器的荣输出信号围比较弱，幻玉需要进行奇电压和功经率放大，讲再去驱动事执行元件印。2、鉴指相式伺蚕服系统光的类别（1）以悬旋转变压逆器为测量握元件的半停闭环伺服施系,是以祸旋转变压通器为测量卡元件，它获的执行元杜件是宽调趣速直流电叮机。（2）氧以直线醋式感应劣同步器楼为测量磨元件的朵闭环伺垃服系统予，与（乞1）的软唯一区利别是测颗量元件毯直接安皆装在机虏床的工艰作台。（3）以杏光栅为测讨量元件的击数字相位骗比较伺服劣系统。它唱的测量元塞件是光栅匆，执行元瘦件是宽调淋速直流伺迹服电机。3、鉴挽相式伺颤服系统俩的主要障控制线给路（1）脉冲调粱相器（2）畅鉴相器鉴相器诉的主要行功能是损鉴别两童个输入夺信号的础相位差块及其超唤前滞后妙关系。常用的鉴批相器有两梨种：二极管蚕鉴相器新：它可防以鉴别兽正弦信苏号之间商的相位攀差；门电路里型鉴相拼器：它侄对方波总信号之帐间的相货位差进兰行鉴别三、鉴雁幅式伺隐服系统鉴幅式伺摧服系统是携以位移检崖测信号的巷幅值大小算来反映机腰械位移的济数值，并曲以此作为粥位置反馈裕信号与指犬令信号进说行比较构霞成的闭环牢控制系统倍。1、鉴威幅式伺磨服系统笛的工作创原理它与鉴引相式伺蜻服系统患的主要胀区别它的测量猎元件是以秘鉴幅式工团作状态进锯行，可用投于鉴幅式颜伺服系统炸的测量元浴件有旋转益变压器和才感应同步糟器；比较器划所比较趴的是数悼字脉冲原量而不打是相位称信号。2、鉴幅式伺高服系统的怜控制线路测量元件解调电路电压频率转换sin/cos发生器测量元件及信号处理线路（1）解遇调线路即幕鉴幅器它由低通首滤波器、说放大器和妙检波器组杨成。（2）电教压频率转才换器其作用卸是把检谊波后输倘出的电阴压值变译成相应时的脉冲胶序列，饮脉冲的赞方向用养符号寄赌存器的恒输出表逢示。（3）sin版/co前s发生器其任务是音根据电压脊频率转换纯器输出脉位冲的多少咸和信号，盈生成测量流元件的激播磁信号。（4）比较器作用是漫对指令匹脉冲信竭号和反侍馈脉冲暮信号进衫行比较伪。（5）数慢模转换器纲也称脉宽灵调制器它的任掏务是把枕比较的滤数字量讨转化为惕电压信彼号。四、数字膊、脉冲比描较式伺服友系统目前应用挥较多的是过以光栅和番光电编码惕器作为位滚置检测装敬置的半闭随环控制的声脉冲比较安伺服系统膜。1、数疮字脉冲魂比较系券统的构穿成一个具塞体的数惊字脉冲咬比较系除统可以弄包括6苦个部分某，也可厌以仅由庭其中的牌某几个棍部分组齐成。2、数字脉冲比徒较系统劲的主要屈功能部内件（1）班数字脉臭冲--留-数码赞转换器1）数锄字脉冲弦转换—教数码转招换器。最简单铸的实现醒方法可剥用一个英可逆计补数器，悲它将输狡入的脉鞋冲进行守计数，纤以数码读值输出礼。二-十进制可逆计数器二-十进制可逆计数器进位借位加减数字脉冲转化为数码的线路2）数码胁转换为数椅字脉冲常用的列两种方他法：a.采用减法懒计数器组事成的线路用一个洗脉冲乘殃法器，届实质上档是将输槐入的二进制转捧化为等变值的脉妇冲个数惜输出。减法器计数&S0全“0”数码输入CP分频器与门组S0CP（2）比撒较器根据功悟能可分黑为两类谁：述一其是数码模比较器皱；二是数字艰脉冲比较摄器。3.数字脉冲鱼比较系统悠的工作过羽程用光电脉当冲编码器漠为测量元白件的数字改脉冲比较暗系统为例感说明其工斤作过程。若工作台励静止、指轿令脉冲Pc=0。此时，反劈燕馈脉冲Pf亦为零，狂经比较环受节得偏差e=廉Pc–Pf=0,伺服电机犯的转速给警定为零。随着指令直脉冲的输脏出，Pc≠0，在工作址台未移死动前Pf为零，e=律Pc–Pf≠0.若指令脉就冲为正向绪进给脉冲失，e﹥0,由速度控愉制单元驱庙动电机带辩动工作台摧正面进给溪。不断比暴较Pc和Pf，直到e=碑0,工作台书停止在抹指令规挤定的位识置上。清反向与堵其类似洪。第五节断闭环伺服兔系统分析一般数稍控机床吴对位置见伺服系甜统有如啦下要求递：定位速抄度和轮考廓切削膏进给速艰度。定位精序度和轮干廓切削完精度。进加工妈的表面输粗糙度垒。在外界呆干扰下竭的稳定皮性。这些要求波取决于伺值服系统的驶静态、动冰态特性。一、开环进增益一般情贴况下，膊增益取慕为20厚~30陪（1/s）。K<20范围的伺览服系统称碗为低增益虚或软伺服份系统，多慈用于点位漏控制。K>20的系统称箩为高增益嫩或硬伺服铅系统，应统用于轮廓显加工系统个。数控机床的位置伺服系统是一个典型的二阶系统。在典型的二阶系统阻尼系数速度稳态误差e(∞)=1/K,K为开环放大倍数。当输入速此度突变，明高增益可呜能导致输轰出剧烈的枕变动，还刚可能引起艺系统的稳鹊定性问题承。高阶系醉统的稳定根性对k值范围将有要求芬。低增每益系统刚调整比赌较容易饼，结构状简化，或对扰动点不敏感弄，加工志的表面宰粗糙度研好。在实际系狼统中，对违稳态与动形态性能都铁有较高的衰要求时，污可采取非悬线性控制折的控制方历法。

如手动态响应胃的开始可馋取高增益保值，在T不变时偏小，曲圣线上升变闲陡。在接愧近稳态9悔0%，K取低值，厘使接近于泡1，过随程趋于平医稳无超调巩。稳态值=0.5tx0(t)采用非线性实现的动态响应=0.9二、位置碍精度位置精度携在很大程川度上决定嫂了数控机估床的加工组精度。为艺了保证有沾足够的位揉置精度，阵一方面正载确选择系糟统中开环曲放大倍数鼓的大小，白另一方面散对位置检摔测元件提具出精度的赵要求。位移检测幸系统能够精测量的最俩小位移量童称为分辨率，它不仅取死决于检测判元件本身倦，也取决产于测量线妖路。总之，碍高精度善的控制阴系统必竟须由高忧精度的吧检测元训件作为嘴保证。三、调速冈范围单步点动质作为一种孤辅助工作扩方式常在怨工作台的架调整中使金用。死区：按是指由顶于静摩扬擦力的柜存在使社系统在驻很小输走入下，讲电机克章服不了皆摩擦力托而不能韵转动。伺服系扁统在低院速情况渐下实现资平稳进道给，则瓣要求速跨度必须六大于“股死区”腐范围。由于存在牵机械