第六章伺服系统2(闭环)数控机床伺服系统.ppt

第6章 数控机床伺服系统 §6-3 闭环伺服控制原理与系统 伺服电动机亦称执行电动机，它具有一种服从控制信号的要求而动作的职能，在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能及时自行停转。由于这种“伺服”的性能，因此而得名。 全闭环数控系统 从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。 该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。 闭环伺服驱动系统 一、闭环伺服驱动系统的执行元件 数控系统对执行元件（能量转换和信号转换）的要求： 功率比大（功率/加速度常数，代表加减速能力） 功率密度大（功率/质量） 优良的调速性能（低速大转矩) 便于维护，有足够的防护能力，有不同的传感器，散热性好 闭环执行元件：直流伺服电机（在伺服系统中常用的直流伺服电机多为大功率直流伺服电机，如低惯量电机和宽调速电机） 和交流伺服电机。 一、闭环伺服驱动系统的执行元件 1. 直流伺服电机 数控机床用的一般是大功率的直流伺服电机，其工作原理与直流电机类似 。 低惯量直流伺服电机 结构特点：电枢铁芯无槽，电枢细长，气隙尺寸大等 宽调速直流力矩电机 结构特点：极对数和电枢导体数多，一般采用永磁体（他励式） 交流伺服电机驱动是必威体育精装版发展起来的新型伺服系统，也是当前机床进给驱动系统方面的一个新动向。该系统克服了直流驱动系统中电机电刷和整流子要经常维修、电机尺寸较大和使用环境受限制等缺点。它能在较宽的调速范围内产生理想的转矩，结构简单，运行可靠，用于数控机床等进给驱动系统为精密位置控制。 直流伺服电机及驱动 直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小正比于电机中的气隙磁场，直流电机的励磁绕组所建立的磁场是电机的主磁场，按对励磁绕组的励磁方式不同，直流电机可分为： 他激式、 并激式、 串激式、 复激式、 永磁式。 20世纪80~90年代中期，永磁式直流伺服电机在NC机床中广泛采用。 直流伺服电机的特点 过载倍数大，时间长； 具有大的转矩/惯量比，电机的加速大，响应快。 低速转矩大，惯量大，可与丝杆直接相联，省去了齿轮等传动机构。可提高了机床的加工精度。 调速范围大，与高性能的速度控制单元组成速度控制系统时，调速范围超过1∶2000。 带有高精度的检测元件(包括速度和转子位置检测元件)； 电机允许温度可达150°～180℃，由于转子温度高，它可通过轴传到机械上去，这会影响机床的精度 由于转子惯性较大，因此电源装置的容量以及机械传动件等的刚度都需相应增加。 电刷、维护不便。 直流伺服电机的特点 直流伺服电机种类繁多，但电机的只要技术参数和选用方法大同小异。 一般在电机的尾端按照用户要求配装测速发电机、旋转变压器或旋转脉冲编码器等检测元件，还可以安装电磁制动器作为断电以后位置保持装置，内部还装有温度检测传感器。 1．直流伺服电机的结构 2 一般直流电机的工作特性 ⑴ 静态特性 电磁转矩由下式表示: KT —转矩常数； Φ—磁场磁通；Ia —电枢电流；TM —电磁 转矩。电枢回路的电压平衡方程式为: Ua─ 电枢上的外加电压；Ra─ 电枢电阻；Ea─ 电枢反电势。 电枢反电势与转速之间有以下关系： Ke─电势常数；ω─电机转速（角速度）。 根据以上各式可以求得： ） 2、一般直流电机的工作特性 ⑵ 动态特性 直流电机的动态力矩平衡方程式为 式中 TM ─电机电磁转矩； TL ─ 折算到电机轴上的负载转矩； ω ─ 电机转子角速度；