数控技术第6章数控机床伺服系统

数控技术第6章数控机床伺服系统Contents目录数控机床伺服系统概述数控机床伺服系统的控制原理数控机床伺服系统的驱动元件数控机床伺服系统的检测元件数控机床伺服系统的位置控制数控机床伺服系统的速度控制数控机床伺服系统概述01伺服系统是指能够自动跟随和复现指令信号的变化，并能够进行反馈控制，使输出量能够自动跟随输入指令信号的变化的机电一体化系统。伺服系统是数控机床的重要组成部分，它能够将输入的数字控制信号转换成机床工作台或刀具的实际运动，从而实现高精度、高速度的加工。伺服系统的定义与作用作用定义组成数控机床伺服系统通常由伺服驱动器、伺服电机、反馈装置和机床工作台（或刀具）等部分组成。分类根据控制方式的不同，伺服系统可以分为开环控制、半闭环控制和闭环控制等类型；根据驱动方式的不同，伺服系统可以分为步进电机、直流电机和交流电机等类型。伺服系统的组成与分类定位精度是指伺服系统能够实现的实际位置与指令位置之间的偏差；重复定位精度是指伺服系统在多次定位过程中实现相同位置的能力。定位精度和重复定位精度动态响应特性是指伺服系统对输入指令信号的响应速度，包括上升时间、峰值时间、调节时间和超调量等参数。动态响应特性稳态特性是指伺服系统在稳态运行时的性能表现，包括系统的静态误差、无差度、跟随误差等参数。稳态特性伺服系统的性能指标数控机床伺服系统的控制原理02开环控制01开环控制方式是指伺服系统接收到数控系统的指令后，直接驱动执行机构进行运动，而没有反馈环节。这种方式结构简单，成本较低，但精度和稳定性相对较差。半闭环控制02半闭环控制方式是在开环控制的基础上，通过在传动链上加入一个反馈环节，以提高系统的精度和稳定性。这种方式精度和稳定性比开环控制方式好，但仍然受到传动链误差的影响。全闭环控制03全闭环控制方式是在半闭环控制的基础上，通过在执行机构上加入一个反馈环节，实现整个系统的闭环控制。这种方式精度和稳定性最高，但结构复杂，成本也较高。伺服系统的控制方式PID控制算法PID控制算法是一种经典的控制算法，通过比例、积分、微分三个环节的调节，实现对系统的精确控制。PID控制算法简单、可靠，被广泛应用于各种伺服系统中。模糊控制算法模糊控制算法是一种基于模糊集合论和模糊逻辑的控制算法，通过对系统状态的模糊描述，实现对系统的智能控制。模糊控制算法适用于非线性、不确定性和复杂性的系统。神经网络控制算法神经网络控制算法是一种基于人工神经网络的控制系统，通过对系统输入输出数据的训练和学习，实现对系统的自适应控制。神经网络控制算法适用于具有高度非线性和不确定性的系统。伺服系统的控制算法位置控制参数位置控制参数是用于调节伺服系统位置环的控制参数，包括位置比例增益、积分时间常数和微分时间常数等。这些参数的调节直接影响着系统的定位精度和响应速度。速度控制参数速度控制参数是用于调节伺服系统速度环的控制参数，包括速度比例增益、积分时间常数和微分时间常数等。这些参数的调节直接影响着系统的动态特性和稳定性。电流控制参数电流控制参数是用于调节伺服系统电流环的控制参数，包括电流比例增益、积分时间常数和微分时间常数等。这些参数的调节直接影响着系统的力矩输出和稳定性。伺服系统的控制参数数控机床伺服系统的驱动元件03步进电机具有快速启动和停止、高精度定位和低噪声等优点，广泛应用于数控机床的进给系统和主轴系统。步进电机的主要缺点是扭矩较小，且容易受到外界干扰的影响。步进电机是一种将脉冲信号转换为线性运动的装置，通过控制脉冲频率和数量来控制电机的转速和位置。步进电机03直流电机的缺点是维护成本较高，且在高速运转时容易发热。01直流电机是一种通过电流在磁场中受力的原理实现转动的装置，具有较好的控制性能和调速性能。02直流电机在数控机床中主要用于主轴驱动，具有较高的旋转精度和较宽的调速范围。直流电机010203交流电机是一种通过交流电在磁场中受力的原理实现转动的装置，具有较高的扭矩和较大的功率。交流电机在数控机床中主要用于进给系统，能够实现高精度、高速度的切削加工。交流电机的缺点是调速性能相对较差，且需要使用变频器等控制设备进行控制。交流电机数控机床伺服系统的检测元件04总结词高精度线性测量详细描述光栅尺是一种高精度的线性测量元件，用于检测数控机床工作台或刀具的位移量。它通过光学原理将位移量转换为电信号，具有测量精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。光栅尺原理与结构总结词光栅尺由标尺光栅和读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床的移动部件上，而读数头与机床的固定部件相连。当机床移动时，标尺光栅与读数头之间的相对位置发生变化，从而改变透过读数头的光线强度，进而产生电信号。详细描述光栅尺总结词应用与选型详细描述在数控机床中，光栅尺常用于测量工作台或刀具的位移量，是数控系统闭环控制的关键元件之一。选择合适的光栅尺需要考虑测量精度、量程、安装尺寸等因素，以确保机床的加工精度和稳定性。光栅尺总结词详细描述总结词详细描述总结词详细描述旋转角度测量编码器是一种用于测量旋转角度的检测元件，广泛应用于数控机床的旋转轴控制。它通过光电、磁电等方式将旋转角度转换为电信号，具有测量范围广、分辨率高、响应速度快等优点。类型与原理编码器有多种类型，如光电编码器、磁编码器等。其工作原理是将被测的旋转角度转换为周期性的电信号，通过计数电信号的脉冲数来得到角度值。应用与选型在数控机床中，编码器常用于测量主轴的旋转角度和转速，是数控系统闭环控制的关键元件之一。选择合适的编码器需要考虑测量范围、分辨率、安装尺寸等因素，以确保机床的加工精度和稳定性。编码器旋转速度与位置检测总结词旋转变压器是一种用于检测旋转速度和位置的检测元件，广泛应用于数控机床的主轴控制。它通过电磁感应原理将旋转速度和位置转换为电信号，具有测量精度高、抗干扰能力强、可靠性高等优点。详细描述旋转变压器VS工作原理与结构详细描述旋转变压器由定子和转子两部分组成。定子绕组产生励磁磁场，转子感应电动势并产生电流。根据转子相对于定子的位置变化，励磁磁场与感应电流相互作用产生电信号，通过检测电信号的相位和幅值可以计算出旋转速度和位置。总结词旋转变压器旋转变压器应用与选型总结词在数控机床中，旋转变压器常用于检测主轴的旋转速度和位置，是数控系统闭环控制的关键元件之一。选择合适的旋转变压器需要考虑测量精度、工作温度、安装尺寸等因素，以确保机床的加工精度和稳定性。详细描述数控机床伺服系统的位置控制05开环位置控制系统总结词简单、经济、精度较低详细描述开环位置控制系统由步进电机或伺服电机驱动，没有反馈环节，结构简单，成本较低，但精度和稳定性相对较差，适用于精度要求不高的场合。精度较高、稳定性好、成本适中半闭环位置控制系统在伺服电机轴上安装了编码器作为反馈元件，通过比较编码器反馈的位置信息和指令位置，对误差进行补偿，精度和稳定性较高，成本适中，广泛应用于中等精度的数控机床。总结词详细描述半闭环位置控制系统总结词高精度、高稳定性、成本较高详细描述全闭环位置控制系统在机床工作台上安装了光栅尺作为反馈元件，将工作台的实际位置反馈到控制器中进行比较，误差补偿更加精确，具有高精度和高稳定性，但成本较高，适用于高精度、高效率的数控机床。全闭环位置控制系统数控机床伺服系统的速度控制06速度控制是通过调节电机的输入电压或电流，使电机按照设定的速度进行旋转。速度控制环由速度检测装置、速度调节器和受控电机组成，其中速度检测装置用于检测电机的实际转速，速度调节器根据实际转速与设定转速的差值进行调节，使电机按照设定的速度旋转。速度控制原理123通过比较实际位置与设定位置的差值，调节电机的输入电压或电流，使电机按照设定的位置进行旋转。位置控制模式通过比较实际转矩与设定转矩的差值，调节电机的输入电压或电流，使电机按照设定的转矩进行旋转。转矩控制模式通过比较实际转速与设定转速的差值，调节电机的输入电压或电流