专题四 数控位置控制与伺服系统.ppt

四、数字伺服系统 1、数字伺服系统的特点 数字伺服系统较多的采用专用硬件数字电路，九十年代后采用DSP和CPU构成的微机作为控制器，甚至直接采用工业PC机作为控制器的软件伺服系统得到充分发展。数字伺服系统具有以下特点： ① 采用现代控制理论，通过计算机软件实现最佳最优控制。 ② 数字伺服系统是一种离散系统，离散系统的校正环节的比例(P)、积分(I)、微分(D)控制，即PID控制可由软件实现。由位置、速度和电流构成的三环反馈实现全部数字化，这使得各伺服控制参数可以以数字形式设定，非常灵活方便。尤其是可以利用计算机良好的人机界面功能，进行图形化的调试，将伺服系统调试后的性能结果定量的显示出来。 ③ 数字伺服系统在检测灵敏度，时间及温度漂移以及噪声及外部干扰等方面都优于模拟伺服系统和模拟数字混合伺服系统。 ?④ 高速度、高性能的微处理器的运用，使运算速度大幅度提高，也使得数字伺服系统具有较高的动、静态精度。 ⑤伺服控制技术的软件化和硬件的通用化使伺服控制装置的成本大大降低，互换性提高。 数控的位置控制与伺服驱动 四、数字伺服系统 2、数字伺服控制原理 （1）数字伺服系统的原理 数字伺服系统是一种离散系统，它把连续信号变成了发生在每个采样瞬间0，T，2T，3T……的一串脉冲列；T为采样周期。采样持续时间与被控制时间的最大时间常数相比是很小的。 X(t) t X(t) X(t) T 2T 3T T 2T 3T 数控的位置控制与伺服驱动 四、数字伺服系统 2、数字伺服控制原理 （2）离散系统中的PID控制 为改善伺服系统的静态与动态特性，最基本的方法是加入校正环节，以校正系统的传递特性（或频率特性）。校正环节的常用形式是比例（P）、积分（I）、微分（D）调节器。如图 对于数字伺服系统（离散系统），PID的基本形式如图下所示。图中Z为变换因子，参数A，B，C同样要根据系统的补偿特性要求，由计算机设定，PID运算由计算机软件处理。 数控的位置控制与伺服驱动 比例P 积分 I 微分 D 四、数字伺服系统 2、数字伺服控制原理 （2）离散系统中的PID控制 离散系统中的PID控制如图所示。图中的Z-1=e-TS, T为采样周期，Z-1 表示在第一个采样周期的脉冲过渡函数，Z-n表示在第n个采样周期的脉冲过渡函数。 增大比例增益能提高系统的刚性，减小电机的跟随误差。 增大微分常数增益提高系统的稳定性，但会增大电机的跟随误差。 积分常数能提高减小电机的跟随误差。 数控的位置控制与伺服驱动 四、数字伺服系统 2、数字伺服控制原理 数控的位置控制与伺服驱动 四、数字伺服系统 3、软件伺服控制的发展 现代加工业的需求使数控伺服系统向着高精度、高速度发展。传统的模拟式伺服系统在高速切削中减小误差的方法主要是增大位置环增益，位置环增益的过大会影响系统的稳定性。借助计算机技术的高速发展，高精度、高速度的全数字式软件伺服系统成为伺服系统的发展方向。数字式软件伺服系统采用许多现代控制技术来改善伺服系统的性能。 前馈控制（Feedforword control） 在伺服系统中加入前馈控制，实际上构成了具有反馈和前馈的复合控制的系统结构。这种系统在理论上可以完全消除系统的静态位置误差、速度与加速度误差，以及由一定的外界扰动所引起的误差，即实现完全的“无差调节”。 无前馈 有前馈 数控的位置控制与伺服驱动 五、伺服接口技术 CNC中的软、硬件控制 数据指令 - + 闭 环 半闭环 驱动系统 伺服电机 插补计算 机床工作台 位置 控制 检测装置 速度控制 插补准备 输入 软件（NC） 软件（CNC） 软件（CNC闭环控制） 软件（高速定位） 软件（带全软件伺服） 1、通用伺服产品的接口 数控的位置控制与伺服驱动 五、伺服接口技术 位置控制方式连接 数控的位置控制与伺服驱动 五、伺服接口技术 速度控制方式连接 速度指令 （0~10V） 数控的位置控制与伺服驱动 五、伺服接口技术 扭矩控制方式连接 扭矩指令 （0~10V） 通过参数设置 数控的位置控制与伺服驱动 2、基于现场总线的伺服接口技术 传统技术，现场层设备与控制器之间的连接是一对一（一个I/O点对设备的一个测控点）所谓 I/O接线方式，信号传递4-20mA（传送模拟量信息）或24VDC（传送开关量信息）信号。应用现场总线技术可用一条通信电缆将控制器与现场设备（智能化、带有通信接口）连接，使用数字化通信完成底层设备通信及控制要求。 现场设备智能化：应用现场总线技术，要求现场设备（传感器、驱动器、执行机构等设备）是带有串行通信接口的智能化（可编程或可参数化）设