机电控制技术第九章.ppt

* 机电控制技术 * 机电控制技术 3.光电脉冲编码器的应用 1）光电脉冲编码器在直线位移测量中的应用 在半闭环系统中，将增量式光电脉冲编码器安装在进给电动机的非输出轴端，根据该增量式光电脉冲编码器反馈的脉冲数量(对应电动机轴的角位移)、传动比及滚珠丝杠的导程(单头螺纹即为螺距)就可以计算出移动部件的直线位移量。  2）光电脉冲编码器在螺纹加工控制中的应用 为了加工螺纹，在数控机床的主轴上应安装光电脉冲编码器。通常安装在主轴上的光电编码器与主轴间的传动比为1，利用该光电脉冲编码器可以保证在切削螺纹时，同步控制主轴旋转与坐标轴的进给，即主轴每转动一周，刀具准确地移动一个螺纹的导程，从而保证被加工螺纹螺距的准确性。 3）光电脉冲编码器在永磁式交流同步伺服电动机中的应用 * 机电控制技术 9.2伺服系统 1.伺服控制系统的基本要求 按照数控机床加工的运动方式分可分为点位控制、点位直线控制和轮廓控制。下面从对伺服系统要求的角度，分析点位控制和轮廓控制。 1）点位控制 点位控制使机床只能够实现由一个位置点到另一个位置点的精确移动，在移动和定位的过程中不进行任何加工。工件的运动轨迹并不影响加工的孔距精度，如坐标钻床、坐标镗床以及冲床等就是采用点位控制。点位控制只控制行程终点的坐标值，而不控制点与点之间的运动轨迹，因此，几个坐标轴之间的运动不需要有任何联系。在点位控制的结构中，不需要加工轨迹的计算装置。为了尽可能地减少机床的运动和定位时间，通常在快速移动后，采用三级减速，以减少定位误差，保证良好的定位精度。 点位控制对伺服系统的基本要求是保证实现高的定位精度和快的定位效率。 * 机电控制技术 2）轮廓控制 数控车床、铣床和加工中心的数控系统，要求刀具在相对工件移动的过程中，一边进给一边进行切削加工，进给控制的过程也是工件切削加工的过程。伺服系统控制工作台行进的轨迹，就是工件要求加工的轮廓，因此，称为轮廓控制。轮廓控制对伺服系统的基本要求除了要保证精确定位外，还必须随时控制进给轴伺服电动机的转向和转速，以保证数控加工轨迹能准确地复现指令的要求。同时由于轮廓控制中伺服系统可能频繁地处于过渡过程，因而动态误差将上升，从而影响加工精度。特别在圆弧切削加工中，由于实际进给过程速度的跟随误差，将直接造成轮廓形状与尺寸的误差。 对于两轴及两轴以上联动的数控系统，不仅要求每个驱动轴要尽可能增大系统速度增益以减少速度跟随误差，而且必须使各轴的速度增益接近，才能保证两轴以上联动时的加工精度。在速度增益较小时，这个要求更为严格。 * 机电控制技术 工作频率是指伺服系统允许输入信号的频率范围。 响应特性是指伺服系统的输出量跟随输入指令变化的反应速度。它决定了伺服系统的工作效率。响应速度与许多因素有关，如计算机的运行速度和运动系统的阻尼、质量等。 稳定性是指当作用在伺服系统上的干扰消失以后，伺服系统能够恢复到原来稳定状态的能力；或当给伺服系统输入一个新的指令后，其再次达到稳定运行状态的能力。 系统精度是指伺服系统的输出量复现输入信号要求的精确程度。该精度是以误差的形式表现的，即动态误差、稳态误差和静态误差。 1）系统精度 2）稳定性 3）响应特性 4）工作频率 2.伺服系统的技术要求 伺服系统的技术要求包含以下四项： * 机电控制技术 3.伺服系统常见的控制方式 伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。 1）开环伺服系统 开环伺服系统是无位置反馈的系统，其驱动元件主要是功率步进电动机或液压脉冲马达。开环伺服系统组成如图9-23所示。  * 机电控制技术 2）闭环伺服系统 由于开环控制的精度不能很好地满足伺服系统的要求，为了提高伺服系统的控制精度，最根本的办法是采用闭环控制。闭环伺服系统是误差控制随动系统。在闭环控制中，对工件的移动用位置检测装置进行检测并将测量结果反馈到输入端与指令信号进行比较。如果两者存在偏差，将此偏差信号进行放大，控制伺服电动机工件向指令位置进给，只要适当地设计系统校正环节的结构与参数，就能实现数控系统所要求的控制精度。如图9-24所示为闭环伺服系统的组成。  * 机电控制技术 3）半闭环伺服系统 对于闭环控制系统，合理的设计可以得到可靠的稳定性和很高的精度，但是直接测量工作台的位置信号需要用直线感应同步器、光栅或磁栅等安装、维护要求较高的位置检测元件。相比之下若采用旋转变压器、光电脉冲编码器、圆感应同步器等位置检测元件测量电动机转轴或丝杠转角，则容易得多。通过对电动机转轴或丝杠转角位移的测量，可间接地获得位