基于通用数控系统伺服接口的设计详解.doc

课程设计 题 目 基于通用数控系统的伺服接口设计 学 院 专 业 班 级 学 生 学 号 指导教师 二〇一四年 月 日,转化为伺服电动机驱动机械部件的高精度运动。 数控伺服系统通常控制系统提供C语言函数库和Windows动态链接库，实现复杂的控制功能。伺服电机驱动器控制接口能够将控制函数与自己控制系统所需的数据处理，界面显示等联系在一起。控制接口包括通用的计算机接口（如PS2 USB VGA LAN）以及运动控制专用接口，可以实现普通PC机的所有基本功能，是一种理想的方案。伺服电机可以用驱动器控制两路甚至多路电机，可以实现机床的各种功能。 伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。 国内外伺服控制器的水平主要体现在三个方面：硬件方案、核心控制算法以及应用软件功能。国内的伺服控制器所采用的硬件平台和国外产品没有太大的差距。国内伺服控制器的差距主要体现在控制算法和二次开发平台的易用性方面。尤其是在全数字化的高性能伺服驱动技术方面还有很大差距，已经成为我国发展高性能数控系统产业的“瓶颈”问题。国外的产品提供了比较好的产品升级功能及良好的软件开发环境，降低了对开发人员的要求，在一定程度上促进了产品的市场推广。同时提供了丰富的通讯接口可以方便的与其他设备进行数据交互，人性化好。 关键词：机电系统；伺服接口；数控系统；接口设计 目 录 摘 要 1 前言 3 1数控车床系统原理结构框图 4 1.1 数控系统各个组成部分的功能 4 1.2 数控系统各个组成部分的接口特性 5 1.3数控系统电气原理图 6 2.计算机控制电路的设计 6 2.1伺服驱动器的电路分析 6 2.1.1光电耦合电路 6 2.1.2光电耦合电路的工作原理 7 2.1.3伺服驱动器的接线端 7 2.2位置指令输出信号的控制电路的设计 8 2.2.1位置指令输出信号控制机的接线端 8 2.2.1差分驱动器 8 2.3计算机与伺服驱动器的连接 9 2.3.1计算机与伺服驱动器的连接方法 9 3.控制信号及反馈信号的分析 9 3.1计算机数控装置控制信号的输出及反馈信号的输入 9 3.2伺服驱动器的控制信号 10 3.3光电编码器角位移信号 11 结 论 13 参 考 文 献 14 前言 随着现代技术与先进电子元器件的发展，交流伺服系统在现代工业生产中获得了广泛的应用。 伺服驱动器（servo drives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。 目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器作为控制的核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。 随着伺服系统的大规模应用，伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器在当今比较重要的技术课题，越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深层次研究。 本说明书重点对基于通用数控系统的伺服接口设计进行介绍。 首先，先概述一下数控车床系统原理及结构，对各部分的功能及接口特性加以说明,对信号流向加以分析。 其次，根据机电系统功能要求，完成电气控制设计，并画出电气控制电路原理图。 另外，分析计算机数控装置的输出控制信号、反馈输入信号；分析伺服驱动器的控制信号，绘制计算机数控装置与伺服控制器系统接线图。 分析数控装置控制信号的特征（脉冲+方向），以及伺服电动机的光电编码器角位移信号的特点，说明电动机转向变化时