模块四进给伺服系统-IBMHRLtemplate

©2005GDGM机电《数控机床与编程》模块四进给伺服系统模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM20052单元一伺服电机及其调速单元二位置检测装置单元三典型进给伺服系统单元四伺服系统的特性对加工精度的影响模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM20053单元一步进电机及其调速一、步进电机二、直流伺服电机及其调速系统三、交流伺服电机及其调速Exit模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM20054单元一步进电机及其调速一、步进电机Exit′′′°°°相相相各相定子齿转子齿展开顺时针方向图4-1径向分相式反应步进电机磁路定子转子绕组机壳端盖端板图4-2轴向分相反映式步进电机模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM20055二、直流伺服电机及其调速系统Exit单元一步进电机及其调速1、直流伺服电机的结构、原理与调速2、大惯量直流伺服电机3、直流伺服电机的可控硅调速系统4、晶体管脉冲调宽（PWM）调速系统模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM20056二、直流伺服电机及其调速系统Exit磁极电枢导体电刷换向片磁极RfIfRaIauuf图4-3直流伺服电机图4-4他激直流电动机的工作原理图单元一步进电机及其调速1、直流伺服电机的结构、原理与调速模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM20057二、直流伺服电机及其调速系统Exit单元一步进电机及其调速3、直流伺服电机的可控硅调速系统STLTUpUGUi-+Ui′UkαDCTG+-图4-5可控硅（晶闸管）直流调速系统模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM20058二、直流伺服电机及其调速系统Exit单元一步进电机及其调速4、晶体管脉冲调宽（PWM）调速系统Up+-UGSTLTTGDCUiUi′-+UcCUPWMUTUT速度控制器电流控制器图4-6直流伺服电机的脉冲调宽调速系统模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM20059单元一步进电机及其调速三、交流伺服电机及其调速Exit1、交流伺服电机的分类和特点2、永磁交流伺服电动机a）结构b）工作原理转轴轴向通风孔永久磁铁定子出线盒脉冲编码器定子三相绕组压板转子定子SSNSNNNSSSSNNNNSθnsn(=ns)ns(a)永磁同步电动机横剖面图(b)永磁同步电动机纵剖面图图4-7永磁同步电动机结构图4-8永磁交流伺服电动机的工作原理模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200510单元二位置检测装置Exit一、位置检测装置的要求与分类二、旋转变压器三、感应同步器四、光栅五、磁尺六、脉冲编码器模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200511单元二位置检测装置Exit一、位置检测装置的要求与分类1、位置检测装置的要求2、位置检测装置的分类a）增量式和绝对式测量b）数字式和模拟式测量c）直接和间接测量3、常见的位置检测装置类型增量式绝对式回转型脉冲编码器旋转变压器圆感应同步器圆光栅圆磁栅多速旋转变压器绝对脉冲编码器3速圆感应同步器直线型直线感应同步器计量光栅磁尺激光干涉仪3速感应同步器绝对值式磁尺模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200512单元二位置检测装置Exit二、旋转变压器1、旋转变压器的工作原理Um(a)线圈位置图(b)波形图Φ2Φ1Φ1Φ1Φ2定子转子U1=UmsinωtU1=UmsinωtU1=Umsinωtθ=0φ2=0E2=0θ=θφ2=kφ1sinθE2=nUmsinωtsinθθ=90°φ2=kφ1E2=nUmsinωt输出激磁U1E2tωt图4-9旋转变压器的工作原理[1、2]模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200513单元二位置检测装置Exit二、旋转变压器2、旋转变压器的应用a）鉴相工作方式b）鉴幅工作方式U=kUssinθ机+kUccosθ机=kUmcos(ωt-θ机)U=kUssinθ机+kUccosθ机=kUmsinωt(sinθ电sinθ机+cosθ电Uccosθ机)=kUmcos(θ电-θ机)sinωt[1、2]模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200514单元二位置检测装置Exit三、感应同步器滑尺(m+1/2)τ2τ2τ定尺滑尺定尺a点b点c点d点e点节距感应电压abcde感应电压移动距离图4-10直线式感应同步器的结构原理图4-11感应同步器的工作原理模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200515单元二位置检测装置Exit四、光栅驱动线路光源透镜标尺光栅光敏元件指示光栅图4-12光栅位置检测装置灯泡透镜指示光尺标尺光栅光电元件读数头W位移S位移S位移S位移S脉冲输出整形输出光电元件输出光通量变化图4-13透射直线式光栅原理图Wba节距W指示光栅G2标尺光栅G1θ明明暗暗WW图4-14莫尔条纹式光栅模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200516单元二位置检测装置Exit五、磁尺磁性标尺连接电缆磁头数字显示伺服系统检测电路图4-15磁尺结构与工作原理模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200517单元二位置检测装置Exit六、脉冲编码器ωtiBA节距POBA光敏元件电路板圆光栅轴连接法兰指示光栅光源图4-16光电式脉冲编码器的结构图4-17脉冲编码器输出波形模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200518单元三典型进给伺服系统一、开环进给伺服系统二、脉冲比较进给伺服系统三、全数字进给伺服系统Exit模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200519单元三典型进给伺服系统一、开环进给伺服系统Exit(b)(a)ZkZw步进电机α°Z1Z2tδ°δtZ2Z1步进电机α°图4-18步进开环系统的传动模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200520单元三典型进给伺服系统二、脉冲比较进给伺服系统Exit比较环节数/模转换器伺服放大器伺服电机工作台位置检测器光电编码器脉冲处理F指令脉冲反馈脉冲位置信息Pt图4-19脉冲比较伺服系统的结构框图模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200521单元三典型进给伺服系统三、全数字进给伺服系统Exit位移运算速度运算TΣOOA/DA，B，Z电流检测电流控制速度控制位置控制外部联系TΣOO整形、倍率辨向、零位PGD.C.PWM功率放大器PWM专用LSI数字运算数字运算共用RAM共用RAM数字运算图4-20全数字进给伺服系统模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200522单元四伺服系统的特性对加工精度的影响一、速度误差对加工精度的影响二、伺服系统的相应特性对加工拐角的影响Exit1、速度误差对单坐标直线加工的影响2、速度误差对加工直线轮廓的影响3、速度误差对加工圆弧轮廓的影响模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200523单元四伺服系统的特性对加工精度的影响一、速度误差对加工精度的影响Exit1、速度误差对单坐标直线加工的影响Ks1/Sxe(s)xe(s)xo(s)OOf0fAtptptttp图4-21伺服系统的简化图图4-22位置指令跟踪误差模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200524单元四伺服系统的特性对加工精度的影响一、速度误差对加工精度的影响Exit2、速度误差对加工直线轮廓的影响OαexA(x,y)eyA(x-ex,y-ey)vyy=kx+bvx图4-23速度误差对直线加工的影响模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200525单元四伺服系统的特性对加工精度的影响一、速度误差对加工精度的影响Exit3、速度误差对加工圆弧轮廓的影响vxvyAeyAexαORR图4-24速度误差对圆弧加工的影响模块四：进给伺服系统©2005GDGM机电GDGM200526单元四伺服系统的特性对加工精度的影响二、伺服系统的相应特性对加工拐角的影响ExitOXtXOt(a)(b)(c)(d)图4-25速度误差对加工拐角的影响Δ123BA图4-26系统增益对拐角的影响