數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)

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1、第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測3.2.1數(shù)控機(jī)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(shí)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(yùn)動部件現(xiàn)實(shí)位置反饋到位置控制單元，以實(shí)施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。閉環(huán)數(shù)控機(jī)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(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)，尤其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時，必須精心選擇位置檢測裝置。機(jī)電工程學(xué)院第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測一、進(jìn)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(qiáng)；能滿足精度和速度的要求：位置檢測裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)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(yīng)為數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)行速度；使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；成本低。機(jī)電工程學(xué)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(yīng)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(yīng)同步器、光柵尺、磁柵尺三速感應(yīng)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(jī)、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(jī)床的位置檢測二、數(shù)控機(jī)床中檢測方式的分類機(jī)電工程學(xué)院3.2.2旋轉(zhuǎn)變壓器第二節(jié)數(shù)控機(jī)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(hù)方便，輸出信號幅度大，抗干擾強(qiáng)，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(jī)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(diǎn)通過電刷和滑環(huán)引出。機(jī)電工程學(xué)院第二節(jié)數(shù)控機(jī)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(jī)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(jī)電工程學(xué)院第二節(jié)數(shù)控機(jī)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jī)電工程學(xué)院U1=UmsinωtU1U1E2=0（α=90°）E2=KUmsinωtcosαE2=KUmsinωt（α=0°）第二節(jié)數(shù)控機(jī)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(jī)電工程學(xué)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(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。第二節(jié)數(shù)控機(jī)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(jī)電工程學(xué)院VSVSUsUcE2定子兩相繞組勵磁感應(yīng)電勢（E2）是以ω為角頻率、以Umsin(α電-α機(jī))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(jī)械角α機(jī)，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(jī)-KUcsinα機(jī)=KUmsinωt(sinα電cosα機(jī)-cos電sinα機(jī))=KUmsin(α電-α機(jī))sinωt第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測機(jī)電工程學(xué)院VSVS第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測3.2.3感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是一種電磁式位置檢測元件，按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jī)電工程學(xué)院VSVS第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測一、感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)直線式感應(yīng)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(yīng)同步器的繞組結(jié)構(gòu)則由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。機(jī)電工程學(xué)院第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測二、感應(yīng)同步器工作原理當(dāng)勵磁繞組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對位移時，由于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化，感應(yīng)同步器就是利用這個特點(diǎn)進(jìn)行測量的。機(jī)電工程學(xué)院第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測eS=KUScosθ=KUmsinωtcosθ式中:eS—定尺繞組感應(yīng)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