数控机床的伺服驱动系统要点.ppt

7.6.1 相位比较伺服系统 是数控机床中常用的一种伺服系统。 特点：将指令脉冲信号和位置检测反馈信号都转换为相应的同频率的某一载波的不同相位的脉冲信号，在位置控制单元进行相位比较，相位差反映了指令位置与实际位置的偏差。 相位比较伺服系统的位置检测元件采用旋转变压器、感应同步器或磁栅，这些装置工作在相位工作状态。 7.6 位置控制 相位比较的实质是脉冲相位之间超前或滞后关系的比较，相位比较由鉴相器实现。 采用感应同步器作为位置检测元件的相位比较伺服系统原理框图 7.6 位置控制 脉冲调相器作用： 通过对基准脉冲f0进行分频，产生基准脉冲信号Pθ0，由Pθ0形成感应同步器正、余弦励磁绕组的励磁信号Ps、Pc，Ps、Pc的频率与Pθ0频率相同，感应电压Ud的相位θf随工作台的移动而相对于基准相位θ0有超前或滞后； 通过对指令脉冲Fc的加、减，再通过分频产生相位超前或滞后于Pθ0的指令相位脉冲Pθc。 7.6 位置控制 7.6 位置控制 数字移相的工作原理:设分频器由4个二进制计数触发器T0～T3组成，分频数m＝24＝16，即每输入16个脉冲产生一个溢出脉冲信号。 7.6 位置控制 7.6 位置控制 分频数m＝16，则每个指令脉冲产生了360°／16＝22.5°的相移； m＝2000，则每个指令脉冲产生了360°／2000＝0.18°的相移； 7.6 位置控制 例如:δ＝0.001mm，感应同步器节距2τ＝2mm，则单位脉冲所对应的相移角＝？ 此时分频数m＝360°／0.18°＝2000，分频器输入的基准脉冲频率将是励磁频率的m倍。若本例感应同步器励磁频率取10kHz，分频系数2000，则基准频率f0＝2000×10kHz＝20MHz。 δ×360°／2τ＝0.00l×360°／2＝0.18° 基准分频通道输出两路频率和幅值相同、相位差90°的电压信号，以供给感应同步器滑尺的正、余弦绕组励磁。 实现：最后一级触发器的输入脉冲相差180°，经2分频后，输出的脉冲信号Ps、Pc相位互差90°。 7.6 位置控制 鉴相器（相位比较器）作用： 鉴别指令信号与反馈信号的相位，判别两者之间的相位差及其相位超前、滞后的关系，并把它变成相应的误差电压信号作为速度单元的输入信号。 鉴相器的结构形式很多，根据信号波形的不同，常用的鉴相器有两种类型： 二极管型鉴相器（变压器型），可以鉴别正弦波信号之间的相位差； 门电路型鉴相器（触发器型鉴相器），可以鉴别方波信号之间的相位差。 7.6 位置控制 7.6 位置控制 鉴相器输出信号通常为脉宽调制波，需滤波、整流，变换为电压信号，以作为速度控制信号Un*。 同时，鉴相器判别出脉冲移相和位置检测所得的脉冲信号的超前、滞后的关系，使得速度控制信号在输入正向指令脉冲时为正，反向指令时为负。 7.6 位置控制 7.6.2 幅值比较伺服系统 以位置检测信号的幅值大小来反映机械位移的数值，并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比较，构成半闭环控制系统，简称幅值伺服系统。 与相位伺服系统相比，最显著的区别： 位置检测元件工作在幅值工作方式，感应同步器、旋转变压器和磁栅 比较器比较的是数字脉冲量，不是相位信号，所以不需要基准信号。 7.6 位置控制 检测元件采用旋转变压器时，在幅值比较过程中，工作台不断移动，通过变换，反馈脉冲不断产生，经脉冲比较得到偏差脉冲，直至指令脉冲等于反馈脉冲、偏差脉冲为零，工作台停止在指令要求的位置上。 7.6 位置控制 采用旋转变压器作为位置检测元件的幅值比较伺服系统原理框图 鉴幅器组成：低通滤波器、放大器和检波器。功能：对位置检测装置输出的代表工作台实际位移的电压信号进行滤波、放大、检波、整流，变成正、负与工作台移动方向相对应、幅值与工作台位移成正比的直流电压信号。 电压－频率变换器作用：根据输入的电压值，产生相应的脉冲。输出一方面作为工作台的实际位移送入比较器，另一方面作为励磁信号送入励磁电路。 励磁电路：根据电压－频率变换器输出脉冲的多少和方向，生成检测装置所需的励磁电压信号Us和Uc，电气角α的大小由脉冲的多少和方向决定，Us和Uc的频率及周期根据要求可用基准信号的频率和计数器的位数调整、控制。 7.6 位置控制 7.6 位置控制 在幅值比较过程中，工作台不断移动，通过变换反馈脉冲不断产生，经脉冲比较得到偏差脉冲，直至指令脉冲等于反馈脉冲、偏差脉冲为零，工作台停止在指令要求的位置上。 采用感应同步器作为位置检测元件的幅值比较伺服系统原理框图 7.6.3 数字脉冲比较伺服系统 结构较简单，常用光电编码器、光栅作位置检测装置，以半闭环的控制结构形式较为普遍。 特点：指令脉冲信号与位置检测装置的反馈脉冲信号在比较器中以脉冲数字的形式进行比较