《数控原理伺服》课件

数控原理及伺服系统本课程介绍数控原理和伺服系统基础。涵盖数控系统组成、运动控制、伺服电机、伺服驱动器等内容。by课程内容介绍数控原理讲解数控系统的基本概念和工作原理，包括数控系统的组成，运动控制方法，伺服系统等。伺服技术深入介绍伺服系统的类型，如直流伺服，交流伺服，步进电机等。探讨伺服系统的组成，控制方式，调试方法等。典型案例通过分析实际应用案例，展现数控原理和伺服技术在工业自动化中的应用，帮助学生理解知识的实际应用价值。什么是数控原理数控原理是指数控机床的工作原理。它涉及数控系统的组成、控制方法、运动控制、伺服系统等内容。数控原理是理解数控机床工作的基础，也是学习和应用数控技术的关键。数控系统构成数控装置数控装置是整个数控系统的核心，负责接收加工程序，并根据程序控制机床运动。伺服系统伺服系统包括伺服电机、伺服驱动器和反馈装置，负责将数控装置的指令转换成机床的实际运动。机床本体机床本体是数控系统执行加工任务的载体，包括机床的床身、主轴、进给机构等。工具系统工具系统包括刀具、刀柄和刀库，负责完成实际的加工操作。常用数控系统FANUCFANUC是全球领先的数控系统供应商之一。其系统以稳定性和可靠性著称，在汽车制造、航空航天等行业广泛应用。西门子西门子数控系统具有强大的功能和灵活的扩展性，在机械加工、电子制造等领域得到广泛应用。三菱三菱数控系统以高性价比和易用性著称，在中小企业中得到广泛应用。海德汉海德汉数控系统以高精度和高性能著称，在精密加工领域拥有良好的声誉。伺服原理基础伺服系统是自动控制系统的一种，其主要作用是控制执行机构的位置、速度和加速度。伺服系统通常由伺服电机、伺服驱动器、反馈设备和控制器等组成。伺服系统广泛应用于工业自动化、机器人、航空航天等领域。伺服电机种类直流伺服电机结构简单，控制方便，响应速度快。广泛应用于数控机床、机器人等领域。交流伺服电机体积小，效率高，转矩大，运行稳定。应用于高精度数控机床、自动化生产线等。步进电机旋转角度精确，定位精度高。适合用于精密仪器、自动控制系统等。直流伺服电机直流伺服电机是一种重要的执行机构，广泛应用于数控机床、机器人等自动化设备。直流伺服电机以其结构简单、响应速度快、控制精度高、运行平稳等优势，在工业自动化领域占据着重要地位。直流伺服电机通常由定子、转子、电刷和换向器组成，通过电磁感应原理产生转矩，驱动负载运动。交流伺服电机交流伺服电机是一种利用交流电来驱动的电机，它可以提供高精度、高效率、高响应速度的控制性能。在数控系统中，交流伺服电机被广泛应用于位置控制、速度控制和力矩控制。交流伺服电机通常采用三相绕组结构，其转速可以根据输入信号的频率和相位进行调节。与直流伺服电机相比，交流伺服电机具有结构简单、维护方便、可靠性高的优点。步进电机旋转运动步进电机通过电脉冲控制旋转角度，可实现精细定位和控制。结构简单步进电机内部结构简单，易于安装和维护。应用广泛步进电机广泛应用于数控机床、自动控制、打印机等领域。电机选型原则11.负载类型考虑负载的类型，如惯量、摩擦力等，确定电机所需输出功率和扭矩。22.速度要求根据所需的运动速度和加速度，确定电机所需的速度范围和响应时间。33.精度需求根据运动精度要求，选择电机精度等级，如位置精度、速度精度等。44.工作环境考虑工作环境的温度、湿度、振动等因素，选择合适的电机防护等级和工作温度范围。伺服驱动器组成功率模块功率模块是伺服驱动器的核心，负责将直流电源转换为可驱动伺服电机运行所需的交流电流。控制电路控制电路负责接收来自控制器或编码器的信号，并生成相应的控制指令，控制功率模块输出的电流和电压。反馈电路反馈电路负责将伺服电机的位置、速度、电流等信息反馈给控制电路，形成闭环控制系统，提高系统精度和稳定性。通信接口通信接口负责与控制器、编码器和其他外部设备进行通信，实现数据的传输和控制指令的传递。伺服驱动器功能11.功率放大将控制信号放大为电机所需的驱动电流。22.电流控制精准控制电机电流，确保电机平稳运行。33.位置和速度控制根据反馈信号实现精确的位置和速度控制。44.报警和保护监测电机运行状态，并提供过流、过压等保护功能。反馈设备概述反馈设备是伺服系统的重要组成部分，用于将实际执行机构的位置、速度和电流等信息反馈给控制系统。通过反馈信号，控制系统可以实时了解执行机构的实际运动状态，并根据偏差进行调节，实现精确控制。常用的反馈设备包括编码器、传感器等，它们可以将机械量转换为电信号，方便控制系统处理和分析。编码器类型绝对值编码器绝对值编码器可以记录电机旋转的绝对位置。即使断电后再次通电，它也能准确指示电机的位置。增量式编码器增量式编码器只记录电机旋转的增量变化，它无法记录电机旋转的绝对位置，需要使用计数器来计算电机旋转的总角度。光电编码器工作原理光电编码器通过光束遮挡和接收来感知旋转轴的运动，将机械转动信号转换为电信号。应用场景广泛应用于数控机床、机器人、自动化生产线等领域，用于位置、速度和方向的测量。磁编码器磁编码器利用磁性元件的磁性变化来感知转轴的旋转角度和速度。主要由磁性元件、传感器和信号处理电路组成，通过磁场的变化来输出脉冲信号。优点：耐高温、耐腐蚀、耐冲击、寿命长，适用于恶劣环境。伺服系统控制方式开环控制开环控制系统是根据输入信号直接控制执行机构，无需反馈信息进行调整。闭环控制闭环控制系统通过反馈传感器获取实际输出，并与设定值进行比较，通过控制器调整执行机构，使实际输出逼近设定值。开环控制1无反馈信号系统不监测输出2直接控制控制信号直接驱动电机3简单结构成本低，易于实现开环控制系统结构简单，成本较低，但精度较低，抗干扰能力弱。应用于对精度要求不高、环境干扰较小的场合。闭环控制1反馈信息伺服系统通过传感器获取实际位置、速度等信息，作为反馈信号。2误差比较控制器将反馈信号与目标值进行比较，计算出误差信号。3控制输出根据误差信号，控制器输出控制信号，驱动电机，使实际值逼近目标值。位置环控制1目标位置期望的最终位置2位置误差实际位置与目标位置的偏差3位置控制器根据误差计算控制信号4伺服驱动器控制电机转动5伺服电机实际移动位置环控制是伺服系统中最常见的控制方式之一，主要用于控制系统的位置精度。通过不断地比较目标位置和实际位置，并根据误差值调整电机转动，从而使系统最终达到目标位置。速度环控制目标设定速度环控制首先需要设定目标速度，即希望电机达到的速度值。速度偏差控制器实时监测电机实际速度，并与目标速度比较，计算出速度偏差。比例控制根据速度偏差的大小，控制器输出相应的控制信号，用于调整电机的转速。积分控制控制器会累积速度偏差，并根据累积值进行修正，以消除稳态误差。微分控制控制器会预测速度偏差的变化趋势，并提前调整控制信号，以抑制波动。电流环控制电流环作用电流环是伺服系统中重要的控制环节，确保电机运行电流稳定，防止过载或短路。电流环控制可以实时监测电机电流，并根据设定值进行调整，保证电机正常运行。电流环原理电流环控制利用负反馈机制，通过比较实际电流与设定电流之间的偏差，并输出相应的控制信号，调节电机电流。电流环参数电流环参数的调整对伺服系统性能至关重要，包括比例增益、积分时间常数、微分时间常数等。参数设定合理，可以提高系统稳定性和响应速度。伺服系统调试要点机械调试确保机械部件安装牢固，连接紧密，避免松动或摩擦。电气调试检查连接线是否连接正确，电源是否正常，控制信号是否正常传输。参数调整根据负载情况，调整伺服驱动器参数，例如速度、加速度、电流等。功能验证运行伺服系统，验证其运动轨迹、速度、精度等是否符合要求。机械调试安装精度机械部件安装精度非常重要，误差过大会导致运动精度下降，甚至损坏设备。机械间隙机械间隙过大或过小都会影响运动精度和稳定性，需要根据实际情况进行调整。运动平稳性机械部件的运动应平稳，避免出现卡顿、抖动等现象，确保安全性和可靠性。紧固螺栓紧固螺栓的扭力要适宜，过松会导致松动，过紧会导致螺栓损坏。电气调试电源检查连接电源，检查电压是否符合要求。确认电源线连接正确，并测试电源是否正常工作。信号测试检查控制信号线连接是否正确。测试控制信号的输入输出是否正常，确认信号传输稳定。参数设置根据伺服系统类型和应用需求，设置相关参数。包括速度、加速度、电流限制等，确保系统稳定运行。故障排查测试过程中，如果出现异常情况，需要进行故障排查。分析故障原因，并采取相应措施解决。参数调整11.速度环参数速度环参数影响伺服系统对速度指令的跟踪性能，如速度响应速度和稳定性。22.位置环参数位置环参数影响伺服系统对位置指令的跟踪精度和响应速度。33.电流环参数电流环参数影响伺服电机电流控制精度和动态响应性能。44.其他参数其他参数包括增益、滤波器、限幅等，需要根据具体情况进行调整。典型案例分析本节将深入研究数控原理伺服在实际应用中的具体案例。例如，数控机床中的伺服系统如何精确控制刀具的运动轨迹，实现