第3章伺服系统及位置检测装置第3章伺服系统及位置检测装置(1356KB).ppt

机床数控技术 工程学院机制教研室 2、交流伺服电动机的工作原理 机床数控技术 工程学院机制教研室 3.交流伺服电动机的调速方法 根据电机学理论，永磁式同步型伺服电动机的转速n(r/min）为 同步型与异步型伺服电动机的调速方法不同，根据电动机学理论异步型伺服电动机的转速 n (r/min）为 机床数控技术 工程学院机制教研室 四、直线电动机 直线电动机是一种能将电信号直接转换成为直线位移的电动机。典型直线电动机的结构与原理如图所示。直线伺服电动机采用直流信号控制，即直流驱动。 机床数控技术 工程学院机制教研室 第三节 位置检测装置 位置检测装置（或称检测元件）是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部分。其作用是检测位移和速度，发送反馈信号，构成闭环控制。采用闭环系统的数控机床，加工精度与检测装置的精度密切相关。 机床数控技术 工程学院机制教研室 一、位置检测装置简介 根据工作条件和测量要求的不同，可以采用不同的测量方式。 1.数字式测量和模拟式测量 (1）数字式测量 数字式测量是将被测量的量用数字的形式来表示。 (2）模拟式测量 模拟式测量是将被测量用连续变量来表示，如电压、相位变等 2.增量式测量和绝对式测量 (1）增量式测量 增量式测量是指测量到的位置以增量方式计数。 (2）绝对式测量 绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标记，每个被测点都有一个绝对的测量值。 机床数控技术 工程学院机制教研室 图 3 - 15 常用的位置检测装置 3.常用的位置检测装置 数控机床伺服系统中采用的位置检测装置基本分为直线型和旋转型两大类。直线型位置检测装置用来检测运动部件的直线位移量；旋转型位置检测装置用来检测回转部件的转动位移量。常用的位置检测装置如图所示。 机床数控技术 工程学院机制教研室 二、磁尺位置检测装置 磁尺（磁栅）是一种高精度的位置检测装置，可用于长度和角度的测量。 1.磁尺的组成 磁尺由磁性标尺、磁头和检测电路组成，其结构如图所示。它是利用录磁原理工作的。 图 3 - 16 磁尺结构 先用录磁磁头将按一定周期变化的方波、正弦波或电脉冲信号录制在磁性标尺上，作为测量基准。检测时，用拾磁磁头将磁性标尺上的磁信号转化成电信号，再送到检测电路中去，把磁头相对于磁性标尺的位移量用数字显示出来，并传输给数控系统。 机床数控技术 工程学院机制教研室 2.磁性标尺和磁头 按照基体的形状，磁尺可分为平面实体型磁尺、带状磁尺、线状磁尺和回转型磁尺，前三种用于测量直线位移，后一种用于测量角位移。 磁头是进行磁--电转换的器件，它把反映位置的磁信号检测出来，并转换成电信号输送给检测电路。磁通响应型磁头的结构如图所示。 图 3 - 17 磁通响应型磁头 机床数控技术 工程学院机制教研室 3.磁尺的工作原理 输出线圈中输出的是一个调幅信号： 式中： Usc－输出线圈中输出的感应电势； Um－输出电势峰值； λ― 磁性标尺节距； x－选定某一N极作为位移零点，x为磁头对磁性标尺的位移量 ω－输出线圈感应电势的频率，比励磁电流ia的频率ω0高一倍 由式3-4可见，磁头输出信号的幅值是位移x的函数，只要测出 Usc过0的次数，就可以知道x的大小。 机床数控技术 工程学院机制教研室 使用单个磁头输出信号小，而且对磁性标尺上磁化信号的节距和波形要求也较高。所以实际上，总是将几十个磁头以一定方式串联，构成多间隙磁头使用。 为了辨别磁头的移动方向，通常采用间距为（m+1/4）λ的两组磁头（m＝1,2,3 …）, 并使两组磁头的励磁电流相位相差 45°，这样两组磁头输出电势信号的相位相差90 °。如果第一组磁头的输出信号是 则第二组磁头的输出信号必然是 机床数控技术 工程学院机制教研室 三、光栅位置检测装置 光栅是由许多等节距的透光缝隙和不透光的刻线均匀相间排列而构成的光感器件。按工作原理分，有物理光栅和计量光栅。物理光栅主要利用光的衍射现象，通常用于光谱分析和光波测定等方面；计量光栅主要利用光栅的莫尔条纹现象，广泛应用于位移的精密测量与控制中。 按应用需要，计量光栅又有透射和反射之分。根据用途不同，可制成用于测量直线位移的长光栅和测量角位移的圆光栅。 机床数控技术 工程学院机制教研室 1.光栅位置检测装置的结构 如图所示，光栅检测装置主要由光源、聚光镜、标尺光栅(长光栅)、指示光栅(短光栅)和光敏元件等组成。 在实际应用中，大多把光源、指示光栅和光敏元件等组合在一起，称为读数头。因此，光栅位置检测装置可以看作是由读数头和标尺光栅两部分组成的。 机床数控技术 工程学院机制教研室 2．光栅位置检测装置的工作原理 如图3-19(a)所示，明暗相间的条纹称为“莫尔条纹”。莫尔条纹与光栅线纹