数控技术第2版教学作者朱晓春主编第六章节数控机床的伺服系统课件幻灯片.ppt

四、数字脉冲比较伺服系统 结构较简单，常用光电编码器、光栅作位置检测装置，以半闭环的控制结构形式较为普遍。 特点：指令脉冲信号与位置检测装置的反馈脉冲信号在比较器中以脉冲数字的形式进行比较。 反馈脉冲 数/模 转换器 脉冲处理 伺服 电机 工作台 位置检测装置 （光电编码器） 伺服放大器 位置检测信息 P f 指令脉冲 Pc 比较器 Pe 第四节 闭环伺服系统 一般数控机床对位置伺服系统有如下要求： 1、定位速度和轮廓切削进给速度。 2、定位精度和轮廓切削精度。 3、精加工的表面粗糙度。 4、在外界干扰下的稳定性。 第五节 闭环伺服系统分析 一、开环增益????数控机床的位置伺服系统是一个典型的二阶系统。在典型的二阶系统中，阻尼系数，速度稳态误差?? ?，其中K为开环放大倍数，工程上也称作开环增益。????一般情况下，数控机床伺服系统的增益取为20~30(1/s)。通常把K20范围的伺服系统称为低增益或软伺服系统，多用于点位控制。而把K20的系统称为高增益或硬伺服系统，应用于轮廓加工系统。 第五节 闭环伺服系统分析 二、位置精度????位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。 ????数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。位移检测系统能够测量的最小位移量称做分辨率。选择测量系统的分辨率或脉冲当量时，一般要求比加工精度高一个数量级。????总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。 第五节 闭环伺服系统分析 三、调速范围 ????伺服系统在低速情况下实现平稳进给，则要求速度必须大于“死区”范围。所谓“死区”指的是由于静摩擦力的存在使系统在很小输入下，电机克服不了摩擦力而不能转动。此外，还由于存在机械间隙，电机虽然转动，但拖板并不移动，这些现象也可用“死区”来表达。 第五节 闭环伺服系统分析 四、速度误差系数????对于连续切削系统要求同时精确地控制每个坐标轴运动的位置与速度，实际上由于每个轴的系统存在着稳态误差，就会影响坐标轴的协调运动和位置的精确性，产生轮廓跟随误差，简称轮廓误差。 轮廓误差是指实际轨迹与要求轨迹之间的最短距离，用e来表示。1.?两轴同时运动加工直线轮廓的情况2.?圆弧加工时的情况????实际上，大多连续控制系统中两轴的增益特性经常会稍有差别，此时加工的圆弧将会产生形状误差。加工圆时，将会形成椭圆。因此，要求将各轴的系统增益K值调整得尽量接近，其值应尽量的高。 第五节 闭环伺服系统分析 五、伺服系统的可靠性????可靠度：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。 ???? 数控机床常用平均故障(失效)间隔时间(MTBF)作为可靠性的定量指标。MTBF是指发生故障经修理或更换零件还能继续工作的可修复设备或系统，从一次故障到下一次故障的平均时间。一般数控机床的故障主要来自伺服元件及机械传动部分。通常液压伺服系统的可靠性比电气伺服系统差，电磁阀、继电器等电磁元件的可靠性较差，应尽量用无接触点元件代替。 第五节 闭环伺服系统分析 * * * * * * * 1.旋转变压器的结构 有电刷集电环结构和无刷结构。每一类又分为单对极元件、多对极元件（或称多极元件）。 * 1 8 7 6 2 旋转变压器结构示意1-转轴 2-轴承 3-机壳 4-转子铁心 5-定子铁心 6-端盖 7-电刷 8-集电环 定子 转子 S1 R1 S2 S3 S4 R2 R3 R4 2.旋转变压器的工作原理 旋转变压器的工作原理和普通变压器的基本相似，区别在于普通变压器的一次、二次绕组是相对固定的，所以输出电压和输入电压之比是常数；而旋转变压器的一次、二次绕组之间是随着转子的角位移发生相对位置变化的，因而其输出电压的大小也随之而变化。也就是说当定子绕组加上交流电压时，转子绕组输出电压的大小取决于定子与转子两个绕组磁轴线在空间的相对位置。转子绕组电压的频率与定子绕组的相同，但幅值随转子与定子的相对角位移的正弦函数而变化。所以只要测出转子的输出电压的幅值，就可求出转子相对定子的角位移 * 。 * * 当转子绕组磁轴与定子绕组磁轴垂直时，θ=0，不产生感应电压；当两磁轴平行时，θ=90°，感应电压最大；当两磁轴为任意角度时，感应电压为： 式中： K——变压比(转子绕组与定子绕组 的匝数比)， U1——励磁电压， Um——励磁电压的幅值， ω