[参考]数控机床伺服系统分析.ppt

2 AC伺服电机SPWM调速 永磁同步型AC伺服电机的转速与电源频率存在严格的关系。因此，用变频调速驱动装置，非常适宜。为获得宽的调速范围，该驱动电源不仅要求电压和电流可调，而且频率也必须可以连续可调。 因此调速的关键部件之一就是变频器，变频器分为：交— 直—交型；交—交型。数控机床常用前者，而且其逆变器多采用脉宽调制PWM逆变器。 * 步进电机种类繁多，可变磁阻式也称为反应式步进电机。用途最广泛。 * 第六章 数控机床的伺服系统 重点： 1伺服系统的要求、分类、组成 2 常用伺服电机工作原理及其驱动装置特点 3 常用位置检测元件工作原理及特点 §6-1 概述 一 伺服系统概念 1 概念 数控机床的伺服系统是指以机床移动部件位移和速度为控制对象的自动控制系统。 数控机床伺服系统包括进给伺服驱动系统；主轴伺服驱动系统。 伺服系统的组成 伺服系统由伺服电机、伺服驱动装置、机械传动装置、位置检测装置等组成。 2 伺服系统的基本要求 1 ） 精度高 伺服系统精度取决于机械传动精度和伺服系统最小分辨率精度。 2）响应快速 响应速度提高，可以减小跟随误差，一般在200 ms以内。 3） 稳定性好 稳定性直接影响数控加工精度和表面粗糙度。 4）调速范围宽 R=nmax/nmin 进给伺服与主轴范围不一样 5 ） 低速大转矩 3 电气控制伺服系统 从控制的角度来说，一般电气伺服系统结构为三闭环控制。 位置PID 速度PID 电流PID 伺服电机 速度反馈 位置反馈 给定 二 对伺服电机的要求 1）在调速范围内，具有平稳的运行速度 2）具有较大较长时间的过载能力 3）具有较大的启动加速度 4）能够承受频繁启动、制动和反转 三 伺服系统的分类 1 按控制方式划分：开环控制系统；半闭控制环系统；闭环控制系统。 2 按系统中执行元件电动机的类型划分（1）步进驱动系统— 执行元件为步进电机（2）直流伺服驱动系统—执行元件为直流伺服电机。 （3）交流伺服驱动系统—执行元件为交流伺服电机。 §6-2 步进电机及开环控制系统 一 步进电机结构特点及种类 步进电机又称为脉冲电机—它的输入既不是交流电，也不是直流电，而是电脉冲。 其主要特点：步进电机输出的角位移与输入的脉冲个数成正比，转速与脉冲频率成正比。 分类：根据其结构和材料大体分为可变磁阻式（反应式）、永磁式和混合式（永磁感应式）三种基本类型。按输出扭矩分：伺服式（功率较小)，功率式(功率较大）。 二 步进电机结构及工作原理 1. 结构与原理 左图为径向分相式三相步进电机。 步进电机定子齿距分布 步进电机工作原理 工作原理：以三相反应式为例 2 运行节拍与通电方式 在一个完整的通断电循环中，绕组通电状态的不同组合数称为运行拍数。每拍转子转过一个步距角。通电方式： A—B—C—A；AB—BC—CA—AB；A—AB—B—BC—C—CA—A 3 径向分相式与轴向分相式 4 步距角 θs =360/mPN P —运行节拍与相数的比例， N—转子齿数 m—相数 。 三 步进电机进给控制 1 转向控制 2 速度大小控制 控制步进电机相邻两种励磁状态之间的时间，就可以实现步进电机速度控制。V=60δf 式中f —输入到步进电机的脉冲频率Hz，δ—脉冲当量mm/脉冲，V 单位 mm/min 3 自动升降速控制 当要求步进电机启动到大于突跳频率的工作频率时，变化速度必须逐渐上升；同样，从最高工作频率或高干突跳频率的工作频率停止时，变化速度必须逐渐下降。 四 步进电机特性与选用 1 步进电机的优点 2 主要技术特性 （1）步距角及其误差（不大于10′） θs =360/mPN P —运行节拍与相数的比例， N—转子齿数 m—相数 （2）矩角特性与最大静转矩 （3）启动频率 （4）连续运行频率（5）矩频特性 3.选用 （1）选定类型 （2）确定脉冲当量δ （3）计算齿轮传动比 （L为丝杠螺距、m一转的脉冲数） （4）确定高速运行的输出扭矩（大于负载转矩，并留余量） （5）确定电机启动频率 计算机三相六拍环形分配表（查表法） 步序 导电相 工作状态 数值（16进制） 程序的数据表 正转 反转 CBA A 001 01H TAB0 DB 01H AB 011 03H TAB1 DB 03H B 010 02H TAB2 DB 02H BC 110 06H TAB3 DB 06H C 100 04H TAB4 DB 04H CA 101 05H TAB5 DB 05H