数控技术：伺服驱动系统.ppt

三、脉冲比较式伺服系统 结构比较简单， 测量元件：光栅、光电编码器、编码盘。光栅和脉冲编码器提供数字脉冲信号，编码盘提供数码信号。 可以作为半闭环控制系统（光电编码器），也可作为闭环控制系统（光栅）。 1. 组成 指令信号： 可以是数字脉冲信号，也可以是数码信号。 反馈测量信号 ： 由测量装置提供的机床速度、位置反馈信号，可以是数字脉冲信号，也可以是数码信号。 比较器 ：完成指令信号与测量反馈信号比较的环节。有三类：数码比较器、数字脉冲比较器和数码与数字脉冲比较器。 转换器 ：数字脉冲信号与数码的相互转换部件。 驱动执行元件：速度单元和电动机，根据比较器的输出带动工作台移动。 2.工作原理 光电编码器与伺服电动机的转轴连接，随着电动机的转动产生脉冲序列输出，其脉冲的频率将随着转速的快慢而升降。 若工作台处于静止状态，指令脉冲Pc＝0，这时反馈脉冲Pf亦为零，经比较器可得偏差e＝Pc-Pf＝0，则伺服电动机的速度给定为零，工作台继续保持静止不动。 随着指令脉冲的输入，Pc≠0，在工作台尚未移动之前，反馈脉冲Pf仍为零。经比较器比较，得偏差e＝Pc-Pf≠0，若指令脉冲为正向进给脉冲，则e＞0，由速度控制单元驱动电动机带动工作台正向进给。 随着电动机运转，光电脉冲编码器将输出反馈脉冲Pf送入比较器，与指令脉冲Pc进行比较，若e＝Pc-Pf≠0，工作台继续运动，不断反馈，直到e＝0，即反馈脉冲数等于指令脉冲数，工作台停在指令规定的位置上。 当指令脉冲为反向运动脉冲时，控制过程与Pc为正时基本上类似。只是e＜0，工作台作反向进给，直至e＝0，工作台停在指令所规定的反向某个位置上。 3.主要功能部件 ①数字脉冲—数码转换器 数字脉冲转换为数码: 采用可逆计数器，它将输入的脉冲进行计数，以数码值输出。可逆计数器可以是二进制的、二—十进制的或其它类型的计数器。 数码转换为数字脉冲: 方法一：减法计数器。先将要转换的数码置入减法计数器，当时钟脉冲cp到来之后，一方面使减法计数器作减法计数，另一方面进入与门。若减法 计数器的内容不为“0”，cp脉冲通过与门输出，若减法计数器的内容变为“0”，则与门被关闭，cp脉冲不能通过。计数器从开始计数到减为“0”，刚好有等值于数码的数字脉冲从与门输出，从而实现了数码-数字脉冲的转换。 方法二：脉冲乘法器。数字脉冲乘法器实质上就是将输入的二进制数码转化为等值的脉冲数输出。 ②比较器 数码比较器。比较的是两个数码信号，而输出可以是定性的，即只指出参加比较的数谁大谁小，也可以是定量的，指出大多少或小多少。许多通用大规模芯片可以完成这个任务，用软件实现也很方便。 数字脉冲比较器。常采用带有可逆回路的可逆计数器进行工作。 一种具有脉冲分离功能的数字脉冲比较器 四.CNC数字伺服系统 1. 概述 用于高精度CNC机床，精度高、稳定性好。用软件代替了大量的硬件，硬件线路简单。进行最优控制、自适应控制、前瞻控制等，可将整个系统的性能和效益显著提高。 将来自测量元件的反馈信号在计算机中与插补软件产生的指令信号作比较，其差值经数模转换后送到直流放大器放大，然后经执行元件变为工作台移动。CNC数字伺服系统可分成软件部分和硬件部分。 软件部分主要完成跟随误差的计算，即指令信号和反馈信号的比较计算； 硬件部分主要由位置检测组件和位置控制输出组件组成。 反馈信号必须是数码形式或数字脉冲形式。常见CNC数字伺服系统有以鉴幅方式工作的旋转变压器、感应同步器为测量元件的伺服系统和以光栅、编码盘为测量元件的伺服系统。 以旋转变压器为测量元件的CNC数字伺服系统 以计算机代替了比较器，其它部分与脉冲比较式伺服系统和鉴幅式伺服系统基本相同，工作原理也基本相同。 2. 软件部分 FANUC 7M系统：实时中断实现伺服控制。插补部分每8ms插补计算1次，计算出8ms内工作台的进给量ΔDci，而位置控制部分则每4ms计算一次，将计算结果作为工作台下一个4ms的进给指令。位置控制部分的计算过程为： ①跟随误差的计算 设上一个4ms开始时工作台的实际位置为DFi-1，从位置检测组件获得的上一个4ms内工作台实际位置增量为ΔDFi ，则本次4ms周期开始时工作台的实际位置为 ②进给速度指令（数字量）的计算 系数$ 35 $ 4 $ 5 部分由硬件设计确定，而软件需要完成对跟随误差乘以$ 2 $ 6 的处理，我们把软件计算结果# 35 称为进给速度的数字量，它由计算机发送到位置控制输出组件的375缓冲器，其值为 由于位置控制系统特别是速度控制装置的零点存在误差，在给定的速度指令电压为零时，速度控制装置的输出电压不一定为零，使直流伺服电动机（执行元件）仍可能以慢速旋转。因此