第四章 进给运动的控制课件.ppt

第四章　进给运动的控制 主要内容 开环步进电动机的环分 步进电动机速度控制及自动升降速 闭环位置控制的结构与原理 闭环位置控制的数学模型和特性、轮廓误差 数控装置与进给驱动之间的信号连接 进给运动的控制参数设置 进给运动中的补偿 第一节 概 述 一、进给伺服驱动装置的控制性能 二、电气伺服驱动系统 三、驱动系统的工作特性曲线 一、进给伺服驱动装置的控制性能 ? 进给伺服系统分为开环系统和闭环系统。 ? 闭环伺服系统分为半闭环和全闭环系统。 开环伺服系统 采用步进电动机作为驱动元件 没有位置反馈和速度反馈，线路简单 设备投资低, 调试维修方便 进给速度和精度较低 广泛应用于经济型数控机床及普通机床的数控改造中  采用直流或交流伺服电动机驱动 半闭环的位置检测元件一般安装在电动机轴上(由电动机厂家装好)，通过滚珠丝杠等传动机构，将角度转换成工作台直线位移 半闭环伺服系统 若滚珠丝杠精度足够高，间隙小，加之传动链上有规律的误差（如间隙及螺距误差等），则可以通过补偿达到较高的精度 在精度要求适中的中小型数控机床上，半闭环伺服系统得到了广泛应用 环路短(不包括传动机构)，不易振荡； 系统容易获得较高位置增益； 快速性好，动态精度高； 传动机构非线性因素对系统影响小 半闭环方式的不足 若传动机构误差过大或误差不稳定，则数控系统难以补偿： 如由扭曲变形所引起的弹性间隙，因与负载力矩有关，故无法补偿； 由制造、安装和环境温度变化所引起的重复 定位误差也是不容易补偿的  全闭环伺服系统直接从机床移动部件上获取实际位移值，因此其检测精度不受机械传动精度的影响 全闭环控制方式被大量应用在精度要求较高的大型数控机床上 全闭环伺服系统 全闭环环路包括了机械传动机构 闭环动态特性与传动部件的刚性、惯性有关 与阻尼、油的粘度、滑动面摩擦系数等有关 这些因素对动态特性的影响在不同条件下还会发生变化  为保证全闭环伺服系统的稳定性，不得不降低位置调节器的增益，但对跟随误差与轮廓加工误差产生不利影响 必须增大机床刚性，改善滑动面摩擦特性，减小传动间隙，这样才有可能提高位置增益。 系统给定输入作用下的稳态误差 二、电气伺服驱动系统 （一）步进驱动系统 步进系统一般与脉冲增量插补相配合 ? 永磁式步进电动机(步距角大) ? 反应式步进电协机(易振荡、效率低) ? 永磁反应式(混合式)步进电动机 混合式步进电动机性能更优，目前在数 控机床中被广泛使用  1) 采用交流伺服控制原理，增加了全数字式电流反馈控制，三相正弦电流输出，运行平稳，无共振区，噪音小 2) 具有细分、半流、掉电相位记忆等功能，最大可达10000细分 3) 功放级直接220V交流输入，直流电压达325V，高速运转时具有较高转矩输出。 4) 具有短路、过压、欠压、过热等完善的保护功能 （二）直流伺服驱动系统 ? 主要应用于上世纪70～80年代中期。 ? 大惯量直流电动机具有良好的宽调速特性，输出扭矩大，过载能力强。 ? 中小惯量直流伺服电动机适用需要频繁起动、制动及快速定位机床(如钻床、冲床等)。 直流伺服驱动系统特点 具有优良的调速性能 机械换向限制了其最大功率和最高速度 价格贵、维修困难 （三）交流伺服驱动系统 不需要维护 制造简单 适合于恶劣环境下工作 其控制性能不太理想 交流伺服驱动系统的发展 电动机材料 电动机结构 控制理论与方法 微电子技术 功率半导体器件  应用于进给驱动的交流伺服电动机有 交流同步电动机 笼式感应异步电动机 大多数进给伺服系统采用的是交流同步电动机 由于数控机床进给驱动的功率不大(一般 在数百至数千瓦) 笼式感应电动机调速指标一般不如交流同 步电动机 交流伺服系统实现了全数字化 除了驱动级外，全部功能均由微处理器完成： 前馈控制 各种补偿 最优控制 自学习等功能均可高速实时的实现 交流伺服驱动的实现 1) 由GTR或IGBT等作为驱动器件组成的变频器供电——变频器 2) 采用矢量变换控制算法控制交流感应异步电动机——控制算法 3) 无换向器直流电动机：采用具有位置检测的交流同步电动机，使用功率驱动器件和位置传感器完成电子换向，代替了直流电动机电刷和机械整流器，由变频装置供电——电机 三、驱动系统的工作特性曲线 一）步进驱动系统工作特性曲线 步进驱动系统工作特性主要取决于步进电动机，并且若输入脉冲频率