伺服系统课件

伺服系统

2.5.1

、伺服系统定义自动控制中的伺服系统定义：在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为伺服系统。具体在数控机床中,伺服驱动系统接收数控单元的位移/速度控制指令,驱动工作台/主轴按照控制指令的要求进行运动。伺服驱动系统直接影响移动速度、跟踪精度、定位精度等一系列重要指标，是数控机床的关键技术。伺服驱动系统的性能每一个脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数控系统脉冲当量通常为0.001mm/脉冲。2.5.2、数控机床伺服驱动系统的基本组成比较控制环节驱动控制单元(电机）执行元件检测单元(反馈)机床位移/速度进给指令机床的伺服驱动图2.5.3、数控机床伺服驱动系统的分类按控制原理和有无检测环节分类开环：无检测,经济型数控和老设备改造半闭环：检测丝杠转角（检测的是系统中间结果）闭环：检测工作台直线位移（检测的是系统最终结果）

开环进给伺服系统通常不带有位置检测元件。信号流是单向的（数控装置→进给系统，精度相对不高，但结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、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。(1)开环进给伺服系统

闭环进给控制系统带有位置检测元件，随时可以检测出工作台的实际位移，并反馈给数控装置，并与设定的指令值进行比较，利用其差值控制伺服电动机，直至差值为零为止。一般用于高档机床，价格昂贵）(2)．闭环进给伺服系统(检测工作台直线位移）

半闭环进给伺服系统是将位置检测元件安装在伺服电动机的轴上或滚珠丝杠的端部，不直接反馈机床的位移量，而是检测伺服机构的转角，将此信号反馈给数控装置进行指令值比较，用差值控制伺服电动机。(3)半闭环进给伺服系统（检测丝杠转角）按执行元件分电气伺服驱动：电机驱动（步进电机、直流伺服电机（频繁起动，制动，快速定位等优点，但有电刷，需要维护），交流伺服电机（易于维护，制造简单））最常用。电液伺服驱动：由电液伺服阀、低速大转矩液压马达或液压缸，位置检测等元件组成2.5.4、驱动元件按机床中传动机械的用途和功能分分为进给伺服与主轴伺服Umrichter

SIMODRIVE611digitalmitCNC

SINUMERIK840DE/R-ModulNCULeistungsteilBedientafelfront

mitPCU20/50/70Drehstrom-

Servomotoren进给电机Peripherie

SIMATICS7-300Drehstrom-

Hauptspindelmotor主轴电机伺服系统驱动电机步进电动机（最简单，价格最低，精度不高）直流伺服电动机交流伺服电动机直接驱动电动机（电主轴）步进电机

步进伺服是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成相应的角位移的控制系统。其角位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率可调节电动机的转速。如果停机后某些绕组仍保持通电状态，则系统还具有自锁能力。步进电动机每转一周都有固定的步数，如500步、1000步、50000步等等，从理论上讲其步距误差不会累计。

步进电机的种类

按产生力矩原理分：反应式、激磁式按输出力矩大小分：伺服式、功率式按定子数：单定子、双定子、三定子、多定子按各相绕阻分布：径向分相式、轴向分相式步进电机的结构步进电机的工作原理基本结论步进电机定子绕阻通电状态每改变一次，它的转子转过一个固定的角度，即电机的步距角；改变步进电机定子绕阻的通电顺序，其转子的旋转方向随之改变;步进电机定子绕阻通电状态变化的频率越高，转子的转速越高;步距角与定子绕阻相数m、转子齿数z、通电方式k有关。2.5.5、检测装置检测装置是把位移和速度测量信号作为反馈信号，并将反馈信号转换成数字送回计算机，和脉冲指令信号相比较，以控制驱动元件正确运转。参看检测技术教材数字式模拟式增量式绝对式增量式绝对式回转形圆光栅编码盘旋转变压器、圆感应同步器、圆形磁栅多级旋转变压器直线形长光栅激光干涉仪编码尺直线感应同步器、磁栅、容栅绝对值式磁尺光栅尺的构造和种类标尺光栅固定在机床活动部件上指示光栅安装在读数头内光栅（应用多,直接检测直线位移）

光栅是利用光的透射、衍射现象进行工作的光学元件。根据光线在光栅中是透射还是反射分为透射光栅和反射光栅，透射光栅分辨率较反射光栅高，其检测精度可达1μm以上。可测直线或转角。非接触测量，抗干扰能力强，但对环境要求高。编码器（应用多,

检测转角位移）编码盘的种类

从结构上编码盘可分为：接触式编码盘光电式编码盘电磁式编码盘

由玻璃或金属圆盘制成，在其圆周上均匀分成相等的透明和不透明部分。当盘与工作轴一起转动时，盘后放置的光电元件周期性地受到光照，产生近似的正弦波形，经过放大整行后形成脉冲通