數(shù)控機床伺服系統(tǒng)資料課件.ppt

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1、6數(shù)控機床伺服系統(tǒng)6.1概述伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉化為直線或旋轉運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。數(shù)控機床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、伺服機構或伺服單元。該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結構復雜，綜合性強。.定義：進給伺服系統(tǒng)(FeedServoSystem)——以移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。2.進給伺服系統(tǒng)的作用接受數(shù)控裝置發(fā)出的進給速度和位移指令信號，由伺服驅(qū)動裝置作一定的轉換和放

2、大后，經(jīng)伺服電機和機械傳動機構，驅(qū)動機床的工作臺等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給或快速運動。進給伺服系統(tǒng)能根據(jù)指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運動速度與位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定規(guī)律運動所合成的運動軌跡。如把數(shù)控裝置比作數(shù)控機床“大腦”，是發(fā)布“命令”的指揮機構，則伺服系統(tǒng)就是數(shù)控機床的“四肢”，是執(zhí)行“命令”的機構。3.組成圖6.1數(shù)控機床伺服系統(tǒng)結構4.對進給伺服系統(tǒng)的基本要求：①高精度②穩(wěn)定性好。③快速響應，無超調(diào)。④低速大轉矩。機床加工的特點是在低速時進行重切削。⑤調(diào)速范圍寬。6.2開環(huán)控制系統(tǒng)與步進電機驅(qū)動電路1開環(huán)控制系統(tǒng)的構成。2步進電機步進電

3、機是一種將電脈沖信號轉換成相應的角位移或線位移的控制電機。1)反應式步進電機的結構定子轉子定子繞組ABC定子轉子3.步進電機的工作原理4.步進電機的主要技術性能指標1)步距角2)最大靜轉矩Tjmax3)空載啟動(突跳)頻率fq4)啟動矩頻特性5)空載運行頻率fmax6)運行矩頻特性圖6.6步進電機的失調(diào)角及矩角特性圖6.790BF001型步進電機的啟動矩頻特性圖6.890BF001型步進電機的運行矩頻特性5.步進電機的驅(qū)動電路(1)環(huán)形分配器圖6.9三相六拍方式通電的環(huán)形分配器(2)功率放大器1)單電壓驅(qū)動電路2)高低壓驅(qū)動電路3)斬波驅(qū)動電路圖

4、6.10單電壓驅(qū)動電路圖6.11高低壓驅(qū)動電路圖6.12斬波驅(qū)動電路6.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)與反饋比較形式6.3.1閉環(huán)伺服進給系統(tǒng)與半閉環(huán)伺服進給系統(tǒng)圖6.13閉環(huán)伺服進給系統(tǒng)原理6.3.2數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)圖6.14半閉環(huán)伺服進給系統(tǒng)原理圖6.15數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的構成圖6.16轉換器的形式圖6.17數(shù)字脈沖比較器的構成原理(1)數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的構成(2)數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的工作原理(3)主要功能部件1)數(shù)字脈沖-數(shù)碼轉換器2)比較器6.3.3相位比較伺服系統(tǒng)(1)相位比較伺服系統(tǒng)的構成及工作原理(2)鑒相器鑒相器又稱相位比較器，它的作用是鑒別指

5、令信號與反饋信號之間的相位差，把它變成一個帶極性的誤差電壓信號作為速度單元的輸入信號。圖6.18相位比較伺服系統(tǒng)的方框圖6.3.4幅值比較伺服系統(tǒng)(1)幅值比較伺服系統(tǒng)的組成圖6.19觸發(fā)器鑒相器圖6.20幅值伺服系統(tǒng)的組成框圖圖6.21測量元件及信號處理線路的框圖圖6.22解調(diào)器(鑒幅器)組成框圖圖6.23離散系統(tǒng)圖6.24離散系統(tǒng)PID控制(2)幅值比較伺服系統(tǒng)工作原理6.3.5數(shù)字伺服系統(tǒng)概述(1)數(shù)字伺服系統(tǒng)及其特點(2)高速、高精度伺服系統(tǒng)的發(fā)展圖6.25PID函數(shù)的采樣序列圖6.26數(shù)字PID軟件控制伺服系統(tǒng)方框圖圖6.27帶與不帶前

6、饋控制的系統(tǒng)加工軌跡的比較圖6.28帶與不帶學習控制器的系統(tǒng)位置誤差的比較6.4直流伺服電機與調(diào)速系統(tǒng)1.直流電機與直流伺服電機有何區(qū)別?直流電動機的物理模型圖定子：???◇主磁極（勵磁繞組主極鐵心）◇換向極（繞組和鐵心）◇機座??◇端蓋?◇電刷裝置轉子：◇轉軸、風扇??◇電樞繞組◇電樞鐵心◇換向器主磁極換向極電刷裝置電樞鐵心電樞繞組換向器他勵直流電機并勵直流電機串勵直流電機復勵直流電機永磁直流伺服電機圖6.29永磁直流伺服電機的結構特點1)低轉速大慣量2)轉矩大3)起動力矩大4)調(diào)速泛圍大，低速運行平穩(wěn)，力矩波動小6.4.2直流伺服電機的特性(

7、1)電機的靜態(tài)特性圖6.30定子磁極的結構圖6.31直流伺服電機的機械特性(2)直流伺服電機的動態(tài)特性(3)永磁直流伺服電機的特性曲線6.4.3直流伺服電機的調(diào)速控制(1)直流伺服電機的調(diào)速方法圖6.32永磁直流伺服電機的轉矩速度特性曲線圖6.33永磁直流伺服電機的圖6.34晶閘管(可控硅)直流調(diào)速系統(tǒng)(2)直流速度控制單元1)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)2)晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)以下介紹PWM調(diào)速系統(tǒng)的核心部分。①脈寬調(diào)制器②開關功率放大器圖6.35三相全控橋無環(huán)流反并聯(lián)可逆電路圖6.36PWM調(diào)速系統(tǒng)構成原理框圖圖6.37脈寬調(diào)制器圖6.38波形圖圖6.3

8、9H型開關功率放大器6.5交流伺服電機與主軸驅(qū)動系統(tǒng)6.5.1交流伺服電機的結構和工作原理nr=ns=60f/p圖6.40永磁式交流伺服