8數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)2

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1、第八次課授課提綱五、數(shù)控機床的位置檢測裝置（一）對位置檢測裝置的要求閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)均裝有位置檢測裝置，常用的有旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵、感應(yīng)同步器、編碼盤等。位置檢測裝置的主要作用是檢測位移量，并將檢測的反饋信號和數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號相比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件，使其向著消除偏差的方向運動，直到偏差為零。為提高數(shù)控機床的加工精度，必須提高測量元件和測量系統(tǒng)的精度。不同的數(shù)控機床對測量元件和測量系統(tǒng)的精度要求、允許的最高移動速度各不相同。一般要求測量元件的分辨率（測量元件能測量的最小位移量）在0.0001～0.01mm之內(nèi)，測量精度為0.

2、001～0.02mm，運動速度為0～24m/min。數(shù)控機床對位置檢測裝置的要求如下：（1）工作可靠，抗干擾性強（2）滿足精度和速度的要求（3）便于安裝和維護（4）成本低、壽命長。（二）常用的位置檢測裝置1．旋轉(zhuǎn)變壓器（1）旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器一般有兩極繞組和四極繞組兩種結(jié)構(gòu)形式。兩極繞組旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對磁極，四極繞組則各有兩對磁極，主要用于高精度的檢測系統(tǒng)。除此之外，還有多極式旋轉(zhuǎn)變壓器，用于高精度絕對式檢測系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，考慮到使用的方便性和檢測精度等因素，常采用四極繞組式旋轉(zhuǎn)變壓器。這種結(jié)構(gòu)形式的旋轉(zhuǎn)變壓器可分為鑒

3、相式和鑒幅式兩種工作方式。a.鑒相工作方式如圖2-20所示為四極旋轉(zhuǎn)變壓器，給定子的兩個繞組分別通以同幅、同頻但相位相差π/2的交流勵磁電壓，即:u1s＝UmSinωtu1c＝UmCosωt（2—1）在轉(zhuǎn)子繞組的其中一個繞組接一高阻抗，它不作為旋轉(zhuǎn)變壓器的測量輸出，主要起平衡磁場的作用，目的是為了提高測量精度。這兩個勵磁電壓在轉(zhuǎn)子的另一繞組中都產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，并疊加在一起，因而轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電壓應(yīng)為這兩個電壓的代數(shù)和，即：u2＝ku1sSinθ＋ku1cCosθ＝kUmSinωtSinθ＋kUmCosωtCosθ＝kUmCos(ωt-θ)（2—2）同理，假

4、如轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動，可得：u2＝kUmCos(ωt＋θ)（2—3）由式（2—1）和（2—2）可見，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢u2與定子繞組中的勵磁電壓同頻率，但相位不同，其差值為θ。而θ角正是被測位移，故通過比較感應(yīng)電勢u2與定子勵磁電壓輸出電壓u1c的相位，便可求出θ。-4-b.鑒幅工作方式給定子的兩個繞組分別通以同頻率、同相位但幅值不同的交變勵磁電壓，即：u1s＝UsmSinωtu1c＝UcmSinωt（2—4）其中，幅值分別為正弦、余弦函數(shù)，即：Usm＝UmSinαUcm＝UmCosα式中α角可改變，稱為旋轉(zhuǎn)變壓器的電氣角。則在轉(zhuǎn)子上的疊加感應(yīng)電壓

5、為：u2＝ku1sSinθ＋ku1cCosθ＝kUmSinαSinωtSinθ＋kUmCosαSinωtCosθ＝kUmCos(α-θ)Sinωt(2—5)如果轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動，可得：u2＝kUmCos(α+θ)Sinωt(2—6)由上式（2－5）和（2－6）可得，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角θ而變化，測量出幅值即可求得轉(zhuǎn)角θ。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)子誤差電壓的大小，不斷修改勵磁信號中的α角（即勵磁幅值），使其跟蹤θ的變化。（2）旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用由于旋轉(zhuǎn)變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、動作靈敏、工作可靠、對環(huán)境條件要求低、輸出信號幅度大、抗干擾能力強和測量精度一般等

6、特點，所以在連續(xù)控制系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用，一般用于精度要求不高的數(shù)控機床上。2．感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器也是一種非接觸電磁式測量裝置，它可以測量角位移或直線位移。感應(yīng)同步器的特點是：感應(yīng)同步器有許多極，其輸出電壓是許多極感應(yīng)電壓的平均值，因此檢測裝置本身微小的制造誤差由于取平均值而得到補償，其測量精度較高；測量距離長，感應(yīng)同步器可以采用拼接的方法，增大測量尺寸；對環(huán)境的適應(yīng)性較強，因其利用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生信號，所以抗油、水和灰塵的能力較強；結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長且維護簡單。（1）感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理感應(yīng)同步器測量裝置分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。直線式感應(yīng)同步器

7、由定尺和滑尺兩部分組成，如圖2-21所示。圖2-22表示了定尺繞組感應(yīng)電壓與定尺、滑尺之間相對位置的關(guān)系。（2）感應(yīng)同步器的工作方式同旋轉(zhuǎn)變壓器工作方式相似，根據(jù)滑尺勵磁繞組供電方式的不同，感應(yīng)同步器的工作狀態(tài)可分為相位工作方式和幅值工作方式兩種情況。①相位工作方式（鑒相工作法）給滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以同頻、同幅但相位相差的交流勵磁電壓，即:-4-由于定尺繞組的感應(yīng)電壓滯后滑尺繞組的勵磁電壓90o，當(dāng)滑尺移動時，定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為:式中,為耦合系數(shù)；為滑尺繞組相對于定尺繞組的空間相位角，，其中為滑尺相對定尺的位移量，為節(jié)距。應(yīng)用疊加原理

8、，定尺繞組上的感應(yīng)電壓為-=由上述分析可知，在相位工作方式中，感應(yīng)輸出電壓是一個