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现代数控技术 第五章 位置检测装置 内容提要 本章将详细讨论进给伺服系统的各种位置反馈元件——位置检测装置。 第五章 位置检测装置 进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说CNC装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。 而位置检测装置则是CNC 系统的“五官”。 第一节 概述 . 进给伺服系统 . 定义： 进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。 一、进给伺服系统 组成： 进给伺服系统主要由以下几个部分组成：位置控制单元；速度控制单元；驱动元件(电机)；检测与反馈单元；机械执行部件。 二、组成及作用 组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。 作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择位置检测装置。 三、进给伺服系统对位置测量装置的要求 高可靠性和高抗干扰性： 受温度、湿度的影响小，工作可靠，精度保持性好，抗干扰能力强； 能满足精度和速度的要求： 位置检测装置分辨率应高于数控机床的分辨率（一个数量级）； 位置检测装置最高允许的检测速度应数控机床的最高运行速度。 使用维护方便，适应机床工作环境； 成本低。 四、 位置检测装置的分类 按输出信号的形式分类：数字式和模拟式 按测量基点的类型分类：增量式和绝对式 按位置检测元件的运动形式分类：回转型和直线型 常用位置检测装置分类表 第二节. 感应同步器 感应同步器的结构及分类 结构：二尺与导轨平行 分类 感应同步器的工作原理. 感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，借以进行位移量的检测。感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组，定尺上的绕组是感应绕组。 感应同步器的工作原理 感应同步器的信号处理原理 滑尺正旋绕组上加激磁电压Us后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为： Uos=KUScosθ1 滑尺余旋绕组上加激磁电压Uc后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为： Uoc=KUccos（θ1+π/2） =－K Ucsinθ1 滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、 Uc时，感应同步器的磁路可是为线性的，根据叠加原理，则与之相耦合的定尺 绕组上的总感应电压为： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1 K— 电磁感应系数 θ1 —定尺绕组上的感应电压的相位角 滑尺与定尺 相对位移量 x 的求取： ∵ 2τ: 2π= x : θ1 ∴ x = τθ1 ／π 结论：相对位移量 x 与 相位角θ1 呈线性关系，只要能测出相位角θ1 ，就可求得位移量 x 。 根据滑尺正、余旋绕组上激磁电压Us、 Uc供电方式的不同可构成不同检测系统——-鉴相型系统和鉴幅型系统。 鉴相型系统的工作原理 在鉴相型系统中，激磁电压是频率、幅值相同，相位差为 π/2的交变电压： US = Um sinωt UC = Um cosωt 则： Uo =Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1 = K Um sinωt cosθ1－K Um cosωt sinθ1 = K Um sin（ωt －θ1） 结论：只要能测出Uo与US相位差θ1 ，就可求得滑尺与定尺相对位移量 x 。 鉴幅型系统的工作原理 在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相位相同，幅值不同的交变电压： US = Um sinθ2sinωt UC = Um cosθ2sinωt θ2= π x 2 ／τ（ x 2是指令位移值） Uo = Uos+ Uos=KUScosθ1－K Ucsinθ1 = K Um sinθ2 cosθ1sinωt －K Um cosθ2sinωtsinθ1