第六章 伺服系统课件.pptVIP

数控技术;第6章　伺服控制系统; 伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。伺服系统是数控装置和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。 数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。该系统包括了大量的电力电子器件，结构复杂，综合性强。 ; 6.1.1 CNC机床对数控伺服系统的要求; 负载特性要硬 在系统负载范围内， 当负载变化时，输出速度应基本不变。即△F尽可能小； 当负载突变时，要求速度的恢复时间短且无振荡。即△t尽可能短； 应有足够的过载能力。 这是要求伺服系统有良好的静态与动态刚度。 ; 响应速度快且无超调 这是对伺服系统动态性能的要求，即在无超调的前提下，执行部件的运动速度的建立时间 tp 应尽可能短。 通常要求从 0→Fmax（Fmax→0），其时间应小于200ms，且不能有超调，否则对机械部件不利，有害于加工质量。; 能可逆运行和频繁灵活启停。 系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。 综上所述： 对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方面； 对高精度的数控机床，对其动态性能的要求更严。; 开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件，没有位置反馈回路和速度反馈回路，因此设备投资低，调试维修方便，但精度差，高速扭矩小，主要用于中、低档数控机床及普通机床改造。 ;2.半闭环伺服系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。;3.全闭环伺服系统 全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。;按反馈比较控制方式的不同，闭环和半闭环伺服系统可分为： 1、数字脉冲比较伺服系统 该系统是闭环伺服系统中一种控制方式。它是将数控装置发出的数字（或脉冲）指令信号与检测装置测得的数字（或脉冲）形式表示的反馈信号直接进行比较，获得位置误差，实现闭环控制。数字脉冲比较伺服系统结构简单，容易实现，整机工作稳定，在一般数字伺服系统中应用十分普遍。 2、鉴相式伺服系统 在鉴相式伺服系统中，位置检测装置采取相位工作方式，指令信号与反馈信号都变成某个载波的相位，然后通过两者相位的比较，获得实际位置与指令位置的偏差，实现闭环控制。鉴相式伺服系统适用于感应式检测元件（如旋转变压器、感应同步器）的工作状态，可得到满意的精度。此外，由于载波频率高，响应快，抗干扰性强，更适于连续控制的伺服系统。;3、鉴幅式伺服系统 鉴幅式伺服系统是以位置检测信号的幅值大小来反映机械位置的数值，并以此信号作为位置反馈信号，一般还要将此幅值信号转变成脉冲信号才能与指令脉冲信号进行比较，从而获得位置偏差信号，构成闭环控制系统。 4、全数字伺服系统 其用于高精度CNC机床上的伺服系统，具有精度高、稳定性好等优点。引入计算机，用软件代替了大量的硬件，使得硬件线路与其它伺服系统相比要简单。利用计算机的计算功能，将来自测量元件的反馈信号在计算机中与插补软件产生的指令脉冲做比较，其差值经数模转换后送到直流放大器放大，然后经执行元件变成工作台移动。;按其用途和功能分为进给伺服系统和主轴伺服系统； 进给伺服系统包括速度控制环和位置控制环，用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需转矩。 主轴伺服系统只是一个速度控制系统，控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力，且保证任意转速的调节。;第6章　伺服控制系统; 但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且结构复杂，价格也高。进入20世纪80年代后，由于交流电机调速技术的突破，交流伺服驱动系统进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服电机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。而且容易维修，制造简单，适合于在较恶劣环境中使用，易于向大容量、高速度方向发展，其性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统，交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。 ; 直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖开，然后拉直演变而成，利用电磁作用原理，将电能直接转换成直线运动动能的一种推力装置，是一种较为理想的驱动装置。 在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与旋转电动机的最大区别是取消了从电动机到工作台之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电动机驱动方式无法达到的性能指标和优点。;进给伺服系统的定义及组成 定义： 进给