机床技术课件-伺服系统与位置检测装置.pptVIP

图9.23 永磁同步交流伺服电动机的机械特性 9.4.2 交流伺服驱动系统 数控系统的交流伺服驱动系统以三相永磁同步交流伺服电动机为执行元件， 根据换向电路控制方法的不同， 同步电动机的驱动电路可以分为他控换向和自控换向两大类。 自控换向交流伺服驱动系统的主要组成结构如图9.24所示， 它通过电动机轴端上的转子位置检测器BQ(如霍尔开关)发出的信号来控制逆变器的换流， 从而被动地改变同步电动机的供电频率； 并根据外部速度给定信号， 以PWM方式控制逆变脉冲宽度， 改变输出到电动机定子绕组上的电压， 从而调节同步电动机的转速。 图9.25所示为西门子SIMODRIVE 611A交流进给驱动装置原理图。 图9.24 自控换向交流伺服驱动组成结构 图9.25 SIMODRIVE 611A交流进给伺服驱动装置原理图 9.5 位置检测装置 9.5.1 概述 位置检测装置是数控系统的重要组成部分。 在闭环、 半闭环系统中， 它的主要作用是检测位移量， 输出位置测量反馈信号并与CNC装置发出的指令信号相比较， 根据差值控制伺服驱动装置运转， 使工作台按规定的轨迹和坐标移动。 表9.2 位置检测元件分类 9.5.2 旋转编码器 旋转编码器是一种旋转式位置测量装置， 通常安装在被测轴上， 随被测轴一起转动， 可将被测轴的角位移转换成数字脉冲， 是数控机床常用的位置检测元件。 1. 增量式旋转编码器 1) 结构 增量式旋转编码器的外形结构如图9.26所示， 它主要由发光管(带聚光镜)、 光栅板、 光栅盘、 光敏元件及信号处理电路板组成。 图9.26 增量式旋转编码器外形结构图 2) 工作原理 图9.27所示为增量式旋转编码器测量系统的工作原理示意图。 当光栅盘随工作轴一起转动时， 每转过一个刻线（狭缝）就发生一次光线的明暗变化， 经过光敏元件变成一次电信号的强弱变化， 对它进行放大、 整形处理后得到脉冲信号输出， 脉冲数就等于转过的刻线数。 将该脉冲信号送到计数器中计数， 则计数值就反映了圆盘转过的角度。 图9.27 增量式旋转编码器光学原理 图9.28 两相增量式旋转编码器输出脉冲波形图 图9.29 正交脉冲可逆计数器原理图 增量式旋转编码器的主要技术参数包括每转脉冲数（P/r）、 电源电压、 输出信号相数和输出形式等， 各参数范围如表9.3所示。 表9.3 旋转编码器技术参数范围 2. 绝对值式旋转编码器 绝对值式旋转编码器是一种可直接编码的测量元件， 它把被测转角转换成相应的代码指示绝对位置， 没有积累误差。 编码盘有光电式、 接触式和电磁式三种， 为叙述简单起见， 以接触式四位绝对编码器为例来说明其工作原理。 图9.30所示是一个四位二进制编码盘， 涂黑部分是导电区， 空白部分是绝缘区。 图9.30 接触式编码盘 (a) 结构简图； (b) 二进制编码盘； (c) 格雷编码盘 表9.4 绝对值式旋转编码器输出真值表 9.5.3 光栅尺 光栅是一种通过在透明玻璃或金属的反光平面上刻平行、 等距的密集刻线而制成的光学元件。 数控机床上用的光栅尺是利用两个光栅相互重叠时形成的莫尔条纹现象制成的光电式位移测量装置。 按制造工艺不同， 光栅尺可分为透射光栅尺和反射光栅尺。 等的不透明线纹制成的， 线纹密度可达到100条每毫米以上； 反射光栅尺一般在金属的反光平面上刻上平行、 等距的密集刻线， 利用反射光进行测量， 其刻线密度一般在4～50条每毫米范围内。 1. 直线透射光栅尺工作原理 1) 组成结构 直线透射光栅尺的结构如图9.31所示， 由光源、 长光栅（标尺光栅）、 短光栅（指示光栅）、 光敏元件等组成。 一般来说， 移动的光栅为长光栅， 短光栅装在机床的固定部件上。 长光栅随工作台一起移动， 其有效长度即为测量范围。 图9.31 直线透射光栅尺结构原理 2) 莫尔条纹的形成原理 当用光源的平行光照射光栅时， 由于刻线的挡光作用和光的衍射作用， 在与刻线垂直的方向上就会产生明暗交替、 间隔相等的干涉条纹， 称为莫尔条纹， 如图9.32所示。 图9.10 单电源斩波型驱动电路