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第五章 伺服驱动系统 第一节 伺服系统概述 第二节 伺服系统中常用的检测装置 第三节 步进电机极其驱动系统 第四节 直流电机与速度控制 第五节 交流电机与速度控制 第六节 主轴控制 第七节 位置控制 第一节 伺服系统概述 伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。 一、数控机床伺服系统的分类 二、数控机床对伺服系统的要求 一、数控机床伺服系统的分类 按伺服系统调节理论，可分为开环、闭环和半闭环系统。 按驱动部件的动作原理： 电液控制系统 电气控制系统 步进电动机驱动系统 直流伺服系统 交流伺服系统 按反馈比较控制方式，有脉冲比较伺服系统、相位比较伺服系统、幅值比较伺服系统和全数字伺服系统。 按控制对象和使用目的，主要分为进给、主轴、辅助驱动 ⑴进给驱动 控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一种精密的位置跟踪与定位系统，它包括速度控制和位置控制。 ⑵主轴驱动 控制机床主轴的旋转运动和切削过程中的转矩和功率，一般以速度控制为主。 ⑶辅助驱动 控制刀库、料库等辅助系统，多采用简单的位置控制。 二、数控机床对伺服系统的要求 数控机床对伺服系统的要求可归纳为以下几方面： 1. 高精度 要求伺服系统的定位误差特别是重复定位误差小，跟随误差小。 2. 快速响应，无超调 加工过程中，要求加减速度足够大，以便缩短伺服系统过渡过程时间。 3. 电机调速范围宽 加工工件的种类、加工用刀具的不同，为保证在任何条件下都能得到最佳切削状态，要求进给驱动必须具有足够宽的调速范围。 4. 低速大扭矩 根据机床加工的特点，大都是在低速进行重切削，即在低速时，进给驱动系统能够提供足够大的扭矩。 5. 可靠性高 对环境的适应性强，性能稳定，使用寿命长平均故障间隔时间长。 第二节 伺服系统中常用的检测装置 检测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测位移和速度，发送反馈信号，构成半闭环、闭环系统。 检测装置的性能 检测装置的性能指标主要反应在其动态特性和静态特性上。 静态特性包括精度、分辨率、灵敏度、测量范围和量程、迟滞、零漂与温漂。 检测装置的精度指标主要包括系统精度和系统分辨率。 系统精度是指在一定长度或转角内测量积累误差的最大值 系统分辨率是测量元件所能正确检测的最小位移量 动态特性主要指检测装置的输出量对随时间变化的输入量的响应特性。 常用位置检测元件及分类 一 、旋转变压器 二、感应同步器 非接触式模拟式测量。 两个其间保持均匀气隙的平面形印刷绕组，相对平行移动时，根据交变磁场和互感原理而工作的。 直线型感应同步器：测量直线位移,由定尺和滑尺组成； 圆形感应同步器: 测量角位移,由转子和定子组成。 （一）感应同步器的结构 （二）感应同步器的工作原理 （三）感应同步器输出信号的处理方式 （四）感应同步器的特点 （一）感应同步器的结构 定尺为连续绕组 滑尺为分段绕组，分为正弦绕组和余弦绕组两部分 节距一定，滑尺的正弦绕组与定尺绕组错开1/4节距。 （二）感应同步器的工作原理 感应同步器根据电磁感应原理而工作。感应电势的变化，来检测在一个节距w内的位移量。 （三）感应同步器输出信号的处理方式 ⒈鉴相方式 根据感应输出电压的相位来检测位移。 ⒉鉴幅方式 根据定尺输出的感应电势的幅值变化来检测位移 （四）感应同步器的特点 精度高 其输出的电压是许多对极感应电压的平均值，在误差均化的作用下，使所得到的测量精度比元件本身的制造精度高得多。 可用于长距离位移测量 直线型感应同步器可方便地利用多根定尺接长来满足较大测量范围的要求。 对环境的适应性强 它是利用电磁感应原理产生信号，所以不怕油污和灰尘污染，测量信号与位置一一对应，不易受干扰。 使用寿命长，维护简单。 工艺性好，成本低。 三、光栅 光栅是利用光的透射、反射和干涉现象制成的一种光电检测装置。 物理光栅通常用于光谱分析和光波波长的测定。 计量光栅通常用于数字检测系统，用来检测高精度直线位移和角度位移 计量光栅的种类及结构 种类： 1.直线光栅 ⑴玻璃透射光栅 ⑵金属反射光栅 2.圆光栅 测量角位移。圆光栅是在玻璃圆盘的外环端面上，做成黑白间隔条纹，条纹呈辐射状、相互间的夹角相等。 结构：标尺光栅+读数头 （二）直线透射光栅的工作原理 标尺光栅和指示光栅具有间距很小的光栅刻线，二者间有一小夹角，使得其透射或反射光产生莫尔条纹，莫尔条纹间距W（mm）与栅距P(mm)及其间夹角θ之间的关系为： 当标尺光栅与指示光栅相对移动时，照射到光敏元件上的莫尔条纹也移动，光敏元件输出反映两尺相对移动量的正弦电信号，对其