第7章-位置伺服系统.pptVIP

进给伺服系统 内容提要 第一节 进给伺服系统概述 第二节 进给伺服系统分析 第三节 脉冲比较的进给伺服系统 第四节 相位比较的进给伺服系统 第五节 幅值比较的进给伺服系统 第六节 数据采样式进给伺服系统 第七节 交、直流伺服电动机的微机 引 言 数控机床通常有多个运动坐标轴，如车床有x和z坐标轴，复杂车床还有平行于x的u轴和平行于z的w轴，铣床一般有x、y和z坐标轴，加工中心则有更多的坐标轴（包括直线轴和回转轴）。 这些轴有的带动装有工件的工作台，有的带动装有切削刀具的刀架，通过坐标轴的综合联动，使刀具相对于加工工件产生复杂的曲线轨迹，加工出所要求的复杂形状的工件。 引 言 驱动各加工坐标轴运动的传动装置称为进给伺服系统。包括机械传动部件和产生主动力矩以及控制其运动的各种驱动装置。因传动部件而影响伺服机构性能的因素主要有刚性、间隙、摩擦、惯量、负载的均匀性及温度变形等。 进给伺服系统是计算机数控系统（CNC）中一个重要组成部分，它的性能直接决定与影响CNC系统的快速性、稳定性和精确性。 引 言 数控机床的进给伺服系统是一种精密的位置跟踪与定位系统，是以位置为控制对象的自动控制系统。 对于位置控制，若位置比较及位置控制器都由微机完成，则是位置数字伺服系统。目前，在高性能的CNC系统中，位置、速度和加速度是数字伺服（至少位置、速度是数字伺服）；在全功能中档数控系统，则有的位置环控制是计算机完成的，而速度环则是模拟伺服，这种情况下，位置控制器的输出往往是数字量，需经D/A转换后，作为速度环的给定命令。 第 7 章 第一节 进给伺服系统概述 第一节进给伺服系统概述 数控机床进给伺服系统有多种分类方式。 按照有无位置检测和反馈环节以及位置检测元件的安装位置来分类，可以将进给伺服系统分为开环、半闭环和闭环三种类型；按进给伺服系统的进给轨迹来分类，可以将其分成点位控制系统和轮廓控制系统两类。 对于轮廓控制的进给伺服系统来说，它在进给运动中要连续的接收来自CNC装置的运动控制指令。这一指令可以是连续的脉冲序列，也可以是一个接一个的数字。若按照运动控制指令的形式来分，又可将轮廓控制的进给伺服系统分为数据采样式和基准脉冲式两类。 第一节进给伺服系统概述 一、开环、闭环和半闭环 数控机床中最简单的位置伺服系统如图7-1所示。 步进电动机直接将进给脉冲变换为机械运动；通过齿轮和丝杆带动工作台移动。对应于每个进给脉冲，工作台移动一个脉冲当量的距离。这种只含有信号的放大和变换，不带有检测反馈的伺服系统称为开环伺服系统，或简称开环系统。 第一节进给伺服系统概述 由于没有反馈检测部件，开环系统中各部分的误差都折合成系统的位置误差。因此，开环系统的精度较差，速度上也有一定限制（主要是受步进电动机性能的限制）。但由于其结构简单，容易调整，适于速度、精度要求不太高的场合。 第一节进给伺服系统概述 与开环相对应的是闭环伺服系统。 原理框图如图7-2所示。 安装在工作台上的位置检测器把机械位移变成电量，反馈到输入端与输入信号相比较，得到的差值经过放大和变换，最后驱动工作台向减小差值的方向移动。如果输入信号不断产生，工作台就不断跟随输入信号运动。只有在差值为零时工作台才停止运动。 因此，闭环系统的定位误差取决于检测单元的误差，而于放大和传动部分没有直接关系。 第一节进给伺服系统概述 如图8-2(a)所示，闭环进给伺服系统主要由以下几部分组成： ⑴比较环节 将位置指令和反馈的实际位置进行比较，得出位置偏差。 ⑵位置控制器 将位置偏差作为输入，完成位置控制策略功能，输出作为速度的给定命令。 ⑶检测单元 测量工作台或刀架的实际位置，反馈到位置伺服系统的输入端。位置检测传感器的精度、分辨率对伺服系统的精度起者决定性作用。 ⑷速度控制及伺服驱动单元 完成进给速度变化范围的调速控制，产生一定的功率，并通过执行器完成能量转换。 ⑸控制对象 指机床工作台及其传动机构，它们是组成系统的重要部分，也是系统结构组成要素的重要内容。 由于应用了反馈控制的原理，闭环伺服系统可以达到较高的速度和精度，因此在数控机床、特别是大型和精密的机床中广为应用。 第一节进给伺服系统概述 图8-2所示，直接测量工作台的位移建立反馈系统，可以消除整个放大和传动部分的误差，间隙和失动。但这种测量装置价格较高，安装和调整都比较复杂而且不易保养；相比之下，测量转角要容易得多。 因此根据实际情况可以在传动链和旋转部位安装角度测量元件进行反馈。 一般把这种在中间部位上取出反馈信号的系统称为半闭环系统。 图8-3为半闭环系统原理框图。这种系统只能补偿环路内部传动链