闭环伺服系统课件.pptxVIP

閉環伺服系統

6.1伺服電機直流伺服電機交流伺服電機直線電機

6.1.1直流伺服電機上世紀九十年代數控系統多為永磁式直流伺服電機。

6.1.1.1轉矩—速度特性曲線：轉矩M速度n速度界限轉矩界限溫度界限換向界限暫態換向界限IIIIII

I—連續工作區：轉矩和速度的任意組合都可以長時間工作，轉矩基本不變，電機工作在恒轉矩區。II—斷續工作區：電機只能夠間歇工作。一般情況指在10分鐘的工作週期內，電機有20%~40%的時間在工作。III—加減速區：電機只能用於加速或減速，工作一段極短的時間。

6.1.1.2直流伺服電機的調速方法：SRC調速;PWM(PulseWidthModulation)調速.

6.1.1.3直流伺服電機的特點啟動力矩大，低速性能好；轉動慣量大，可以和絲杠直連；轉子的熱容量大，允許超載的時間長；由於有換向炭刷，致使維護麻煩，換向時的火花使最高速度和應用環境受到限制。

6.1.2交流伺服電機目前數控系統中使用的交流伺服電機多為永磁同步交流伺服電機。

6.1.2.1轉矩—速度特性曲線：

6.1.2.2交流伺服電機的調速方法：交—直—交變頻；交—交變頻；

6.1.2.3交流伺服電機的特點速度高，動態性能好；無換向炭刷，維護方便；製造成本低廉。

6.1.3直線電機速度快；直接驅動工作臺，無機械中間環節，精度高；安裝維護和調試複雜。

6.2伺服驅動單元6.2.1伺服驅動單元的工作原理

6.2.2伺服電機的主回路

6.3回饋部件脈衝編碼器

光柵

6.3.1脈衝編碼器增量式/相對式脈衝編碼器

莫爾干涉條紋的特點：放大作用;W表示柵距，B表示莫爾條紋的紋距（寬度），θ表示光柵條紋的夾角。則：均化誤差作用;莫爾條紋的光強移動變化近似於正弦波形。

零脈衝

絕對式脈衝編碼器

6.3.2直線光柵尺

安川產品；Heidenhain為代表的EnData。串行絕對式編碼器

6.3.3回饋脈衝計數電路的實現方法通用IC電路：多採用4位UP/DOWN計數器（例如74LS169/669）級聯而成，一般為16位/24位。專用計數電路：例HCTL2000系列晶片，片內帶有數字濾波、四倍頻、16位U/D計數電路、三態輸出等功能。專用軸控制晶片：例如MCX312/314系列，片內不但具有脈衝計數功能，還具有常用的插補功能和開關量（限位）控制等功能。使用PLD器件，通過軟體編程得到計數邏輯。

6.4閉環伺服系統的部件互連以安川伺服系統為例。

6.5閉環系統的控制方式

6.6伺服單元應用舉例

式中，nmax為電機的最高轉速；Vm為對應軸要求的最大進給速度（m/min）；i為傳動機構的傳動比；h為絲杠螺距；k為裕度係數（1~1.5）。1）電機的最高轉速不小於實際系統所要求的最高進給速率，可以取6.7伺服電機的選型

2）電機靜扭矩不小於實際系統的靜態扭矩式中：m為工作臺及工件總品質，單位kg；g=9.81m/s2；i為減速比，i=D1/D2；h為絲杠螺距，單位m；δ為傾角；μ摩擦係數；k為機床配重百分比。設系統的靜態扭矩為MS，摩擦扭矩為MF，重力扭矩為MW，切削扭矩為MC，則有：MS=MF+MW+MC

3）負載轉動慣量不大於電機轉動慣量的3倍，最佳條件為二者相等。設負載轉動慣量為JLOAD，工作臺轉動慣量為JTABLE，滾珠絲杠轉動慣量為JLEADSCREW，帶輪1的轉動慣量為JPULLEY1，帶輪2的轉動慣量為JPULLEY2。則

上式中，d為滾珠絲杠的直徑；L為滾珠絲杠的長度；D1為帶輪1的直徑；D2為帶輪2的直徑；L1為帶輪1的寬度；L2為帶輪2的寬度，實際中與L1等寬；α為材料係數，鋼或鐵取7700kg/m3，鋁取2700kg/m3。

4）電機額定扭矩不小於系統的有效扭矩。上式中，T為系統加工週期，tc為切削時間，tp為定位時間，tac為加減速時間，在實際中，經常取tc/T=0.6，tp/T=0.4，tac/T近似為0。設系統的有效扭矩為MEFFICIENT，則