數(shù)控機床伺服系統(tǒng)

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1、第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測3.2.1數(shù)控機床的位置檢測概述組成：位置檢測裝置是由檢測元件（傳感器）和信號處理裝置組成的。作用：實時測量執(zhí)行部件的位移和速度信號，并變換成位置控制單元所要求的信號形式，將運動部件現(xiàn)實位置反饋到位置控制單元，以實施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。閉環(huán)數(shù)控機床的加工精度在很大程度上是由位置檢測裝置的精度決定的，在設計數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進給伺服系統(tǒng)時，必須精心選擇位置檢測裝置。機電工程學院第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測一、進給伺服系統(tǒng)對位置測

2、量裝置的要求高可靠性和高抗干擾性：受溫度、濕度的影響小，工作可靠，精度保持性好，抗干擾能力強；能滿足精度和速度的要求：位置檢測裝置分辨率應高于數(shù)控機床的分辨率（一個數(shù)量級）；位置檢測裝置最高允許的檢測速度應為數(shù)控機床的最高運行速度；使用維護方便，適應機床工作環(huán)境；成本低。機電工程學院分類增量式絕對式位移傳感器回轉(zhuǎn)型——脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應同步器、圓光柵、圓磁柵多極旋轉(zhuǎn)變壓器、絕對脈沖編碼器、絕對值式光柵直線型——直線感應同步器、光柵尺、磁柵尺三速感應同步器、絕對值磁尺、光電編碼尺、磁性

3、編碼器速度傳感器交、直流測速發(fā)電機、數(shù)字脈編碼式速度傳感器、霍耳速度傳感器數(shù)字電磁、磁敏式速度傳感器電流傳感器霍耳電流傳感器第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測二、數(shù)控機床中檢測方式的分類機電工程學院3.2.2旋轉(zhuǎn)變壓器第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測量裝置。其結(jié)構(gòu)簡單，動作靈敏，對環(huán)境無特殊要求，維護方便，輸出信號幅度大，抗干擾強，工作可靠。一、旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上和兩相線繞式異步電動機相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組為變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊，分有刷和無刷兩種。在有

4、刷結(jié)構(gòu)中，定子與轉(zhuǎn)子上均為兩相交流分步繞組。兩相繞組軸線相互垂直。轉(zhuǎn)子繞組的端點通過電刷和滑環(huán)引出。機電工程學院第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測4.24318762旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意1-轉(zhuǎn)軸2-軸承3-機殼4-轉(zhuǎn)子鐵心4.2-定子鐵心6-端蓋7-電刷8-集電環(huán)機電工程學院第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測旋轉(zhuǎn)變壓器是根據(jù)互感原理工作的。它的結(jié)構(gòu)保證了其定子和轉(zhuǎn)子之間的磁通呈正（余）弦規(guī)律。定子繞組加上勵磁電壓。通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電壓。其輸出電壓的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個繞組軸線在空間的相對位置。感應電

5、壓隨著轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)的角度呈正（余）弦變化：E2=KU1cosα=KUmsinωtcosα式中:E2—轉(zhuǎn)子繞組感應電勢；U1—定子繞組勵磁電壓U1=Umsinωt；Um—電壓信號幅值；α—定、轉(zhuǎn)子繞組軸線間夾角；K—變壓比二、旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理機電工程學院U1=UmsinωtU1U1E2=0（α=90°）E2=KUmsinωtcosαE2=KUmsinωt（α=0°）第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測可見，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓是轉(zhuǎn)子角位移的函數(shù)。機電工程學院VSVSUsUcE2定子兩相繞組勵磁轉(zhuǎn)子輸出

6、信號的相位角(ωt-α)與轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有著嚴格的對應關(guān)系。第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測三、鑒相工作方式Us=UmsinωtUc=UmcosωtE2=KUscosα-KUcsinα=KUm(sinωtcosα-cosωtsinα)=KUmsin(ωt-α)機電工程學院VSVSUsUcE2定子兩相繞組勵磁感應電勢（E2）是以ω為角頻率、以Umsin(α電-α機)為幅值的交變電壓信號。若電氣角α電已知，只要測出E2幅值(利用E2=0)，便可間接的求出機械角α機，從而得出被測角位移。四、鑒幅方式Us=U

7、msinα電sinωtUc=Umcosα電sinωtE2=KUmcosα機-KUcsinα機=KUmsinωt(sinα電cosα機-cos電sinα機)=KUmsin(α電-α機)sinωt第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測機電工程學院VSVS第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測3.2.3感應同步器感應同步器是一種電磁式位置檢測元件，按其結(jié)構(gòu)特點一般分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。前者用于直線位移測量，后者用于角位移測量。機電工程學院VSVS第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測一、感應同步器的結(jié)構(gòu)直線式感應同步器的繞組結(jié)構(gòu)有定尺和滑尺

8、兩部分組成。旋轉(zhuǎn)式感應同步器的繞組結(jié)構(gòu)則由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。機電工程學院第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測二、感應同步器工作原理當勵磁繞組與感應繞組間發(fā)生相對位移時，由于電磁耦合的變化，感應繞組中的感應電壓隨位移的變化而變化，感應同步器就是利用這個特點進行測量的。機電工程學院第二節(jié)數(shù)控機床的位置檢測eS=KUScosθ=KUmsinωtcosθ式中:eS—定尺繞組感應電勢；K—變壓比US—滑尺繞組勵磁電壓US=Umsinωt；Um—電壓信號幅值；θ—滑尺相對定尺在空間相位角；在一個節(jié)距W內(nèi)，定滑尺相對