1、0第4章 進給伺服驅動系統(tǒng) 4.1 概述概述4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置4.3 進給電機及驅動進給電機及驅動4.4 進給伺服系統(tǒng)的控制原理和方法進給伺服系統(tǒng)的控制原理和方法14.2 位置檢測裝置位置檢測裝置位置檢測裝置：位置檢測裝置： 檢測位移（線位移或角位移）和速度，反饋至數控檢測位移（線位移或角位移）和速度，反饋至數控裝置或伺服驅動器，構成伺服驅動系統(tǒng)閉環(huán)或半閉環(huán)控裝置或伺服驅動器，構成伺服驅動系統(tǒng)閉環(huán)或半閉環(huán)控制，使工作臺按指令路徑精確地移動。制，使工作臺按指令路徑精確地移動。（1）組成：組成：檢測元件（傳感器）和信號處理裝置。檢測元件（傳感器）和信號處理裝置。（2）常用檢測裝置：常

2、用檢測裝置：旋轉變壓器、感應同步器、編碼旋轉變壓器、感應同步器、編碼器、光柵、磁柵等器、光柵、磁柵等2（3） 精度：精度：系統(tǒng)精度、分辨率系統(tǒng)精度、分辨率 系統(tǒng)精度系統(tǒng)精度：一定范圍內測量累積誤差最大值。：一定范圍內測量累積誤差最大值。 直線位測量精度：直線位測量精度：0.0020.02m； 回轉角測量精度：回轉角測量精度：5360系統(tǒng)分辨率系統(tǒng)分辨率：能正確檢測的最小位移量。：能正確檢測的最小位移量。 直線位移分辨率：直線位移分辨率：1m，高精度，高精度0.1m； 回轉分辨率：可達回轉分辨率：可達2(0.087)。 大型機床：速度為主；大型機床：速度為主； 中小型機床、高精度機床：精度為主。

3、中小型機床、高精度機床：精度為主。 數控數控機床加機床加工精度工精度主要由主要由檢測系檢測系統(tǒng)精度統(tǒng)精度決定。決定。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置3（4）安裝位置安裝位置半閉環(huán)控制的數控機床半閉環(huán)控制的數控機床旋轉變壓器、編碼器等。安裝在電機或絲杠上，測旋轉變壓器、編碼器等。安裝在電機或絲杠上，測量電機或絲杠的角位移間接測量工作臺的直線位移。量電機或絲杠的角位移間接測量工作臺的直線位移。閉環(huán)控制系統(tǒng)的數控機床閉環(huán)控制系統(tǒng)的數控機床感應同步器、光柵、磁柵等，安裝在工作臺和導軌感應同步器、光柵、磁柵等，安裝在工作臺和導軌上，直接測量工作臺的直線位移。上，直接測量工作臺的直線位移。4.2 位置檢測

4、裝置位置檢測裝置4（5）數控機床對檢測裝置的要求數控機床對檢測裝置的要求 受溫度、濕度影響小，工作可靠，抗干擾能力強受溫度、濕度影響小，工作可靠，抗干擾能力強在機床移動范圍內滿足精度和速度要求在機床移動范圍內滿足精度和速度要求使用維護方便，適合機床運行環(huán)境使用維護方便，適合機床運行環(huán)境成本低成本低易于實現高速的動態(tài)測量。易于實現高速的動態(tài)測量。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置54.2.1位置檢測裝置分類位置檢測裝置分類 數字式數字式 模擬式模擬式 增量式增量式 絕對式絕對式 增量式增量式 絕對式絕對式 回回轉轉型型 增量式脈沖增量式脈沖編碼器編碼器圓光柵圓光柵 絕對式脈沖絕對式脈沖編碼器編碼器

5、 旋轉變壓器旋轉變壓器圓感應同步器圓感應同步器圓磁尺圓磁尺 多極旋轉變壓器多極旋轉變壓器3速圓感應同步器速圓感應同步器 直直線線型型 計量光柵計量光柵激光干涉儀激光干涉儀 多通道透射多通道透射光柵光柵 直線感應同步器直線感應同步器光柵尺光柵尺 3速直線感應同步器速直線感應同步器絕對值式磁尺絕對值式磁尺 4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置6（1）增量式與絕對式）增量式與絕對式 增量式檢測方式增量式檢測方式功能：功能：測量增量，移動測量增量，移動1個測量單位發(fā)出個測量單位發(fā)出1個測量信號。個測量信號。如：測量單位為如：測量單位為0.001mm，每移動，每移動0.001mm發(fā)出發(fā)出1個脈沖信個脈沖信號

6、，對脈沖計數得到位移量。號，對脈沖計數得到位移量。優(yōu)點：優(yōu)點：裝置較簡單，任何一個對中點均可作測量起點；裝置較簡單，任何一個對中點均可作測量起點；缺點：缺點：一旦計數有誤，此后測量結果全錯；發(fā)生故障（如一旦計數有誤，此后測量結果全錯；發(fā)生故障（如斷電、斷刀等）時不能找到事故前的位置，須將工作臺移斷電、斷刀等）時不能找到事故前的位置，須將工作臺移至起點重新計數。至起點重新計數。增量式檢測裝置：增量式檢測裝置：有脈沖編碼器，旋轉變壓器，感應同步器，有脈沖編碼器，旋轉變壓器，感應同步器，光柵，磁柵，激光干涉儀等光柵，磁柵，激光干涉儀等 4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置7絕對式檢測方式絕對式檢測方式功

7、能：功能：被測量的任一點的位置都以一個固定的零點作被測量的任一點的位置都以一個固定的零點作基準，每一被測點都有一個相應的對零點的測量值?；鶞剩恳槐粶y點都有一個相應的對零點的測量值。優(yōu)點：優(yōu)點：避免了增量式檢測方式的缺陷避免了增量式檢測方式的缺陷缺點：缺點：結構較復雜。結構較復雜。絕對式檢測裝置：絕對式檢測裝置：有絕對式脈沖編碼器、三速式絕對有絕對式脈沖編碼器、三速式絕對編碼器（或稱多圈式絕對編碼器）等編碼器（或稱多圈式絕對編碼器）等 4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置8（2）數字式與模擬式）數字式與模擬式數字式測量方式數字式測量方式 以數字形式表示被測量，測量信號一般為脈沖，以數字形式表示被測

8、量，測量信號一般為脈沖，可直接把它送到數控裝置進行比較、處理?？芍苯影阉偷綌悼匮b置進行比較、處理。特點：特點：u 便于顯示、處理；便于顯示、處理；u 測量精度取決于測量單位，與量程基本無關（存測量精度取決于測量單位，與量程基本無關（存在累加誤差）在累加誤差）u 檢測裝置簡單，脈沖信號抗干擾能力強。檢測裝置簡單，脈沖信號抗干擾能力強。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置9模擬式測量方式模擬式測量方式 用連續(xù)的變量表示被測量，如用相位變化、電壓用連續(xù)的變量表示被測量，如用相位變化、電壓變化表示。變化表示。特點：特點：u 直接對被測量進行檢測；直接對被測量進行檢測；u 在小量程內可以實現高精度測量；在

9、小量程內可以實現高精度測量；u 可用于直接檢測和間接檢測?？捎糜谥苯訖z測和間接檢測。6.1 概述概述4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置10（3）直接測量與間接測量）直接測量與間接測量6.1 概述概述直接測量直接測量 用直線式用直線式檢測裝置檢測裝置測直線位移，測直線位移，作為全閉環(huán)伺服系作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號，構成閉環(huán)控制。統(tǒng)的位置反饋信號，構成閉環(huán)控制。對機床的直線位移采用直線型檢測裝置測量。對機床的直線位移采用直線型檢測裝置測量。優(yōu)點：優(yōu)點：測量精度取決于測量元件的精度，不受機床傳動測量精度取決于測量元件的精度，不受機床傳動精度的影響。精度的影響。缺點：缺點：檢測裝置要與行程等長，

10、對大型數控機床來說，檢測裝置要與行程等長，對大型數控機床來說，是一個很大的限制。是一個很大的限制。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置11 間接測量間接測量 檢測裝置檢測裝置測量只是中間值，再由它推算出與之關聯的測量只是中間值，再由它推算出與之關聯的位移量，位移量，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋。作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋。對機床的直線位移采用回轉型檢測裝置測量，稱為間接測對機床的直線位移采用回轉型檢測裝置測量，稱為間接測量。量。優(yōu)點：優(yōu)點：使用可靠方便，無長度限制，使用可靠方便，無長度限制，缺點：缺點：檢測信號中加入了直線運動轉變?yōu)樾D運動的傳動檢測信號中加入了直線運動轉變?yōu)樾D運動的傳動鏈誤差

11、，影響檢測精度。為提高定位精度，常需要對機床鏈誤差，影響檢測精度。為提高定位精度，常需要對機床的傳動誤差進行補償。的傳動誤差進行補償。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置124.2.2 編碼器編碼器編碼器：編碼器：將測量的角位移以編碼的形式輸出的位置檢測將測量的角位移以編碼的形式輸出的位置檢測裝置，屬于間接測量的數字式檢測裝置。裝置，屬于間接測量的數字式檢測裝置。 輸出信號的形式：輸出信號的形式：絕對式、脈沖增量式絕對式、脈沖增量式內部結構和檢測方式：內部結構和檢測方式：接觸式、光電式、電磁式。接觸式、光電式、電磁式。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置13工作臺絲杠編碼器電機安裝方式安裝方式1）與伺

12、服電機同軸聯）與伺服電機同軸聯接，編碼器在進給傳接，編碼器在進給傳動鏈前端；安裝方便；動鏈前端；安裝方便；2）連在滾珠絲杠末端，）連在滾珠絲杠末端，包含的傳動鏈誤差比包含的傳動鏈誤差比前者多，位置控制精前者多，位置控制精度較高。度較高。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置14碼盤及狹縫轉軸光敏元件光欄板及辨向用的A組、B組狹縫光源零位標志C1. 增量式光電編碼器增量式光電編碼器 （1）結構結構4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置15（2）原理原理 將機械轉角變成電脈沖將機械轉角變成電脈沖信號處理裝置信號處理裝置abz碼盤基片碼盤基片透鏡透鏡光源光源光敏元件光敏元件透光狹縫透光狹縫光欄板光欄板節(jié)距節(jié)距A

13、ABBZZm+/44.2 位置檢測裝置位置檢測裝置16AB90Z碼盤轉一圈 光敏元件把此光信號轉光敏元件把此光信號轉換成電信號，通過信號處理換成電信號，通過信號處理裝置的整形、放大等處理后裝置的整形、放大等處理后輸出。輸出。 輸出的波形有六路：輸出的波形有六路： AA 、ZZBB、4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置17輸出信號的作用及其處理輸出信號的作用及其處理 A、B兩相的作用：兩相的作用：u根據脈沖數目可測角位移根據脈沖數目可測角位移u根據脈沖頻率可得軸的轉速根據脈沖頻率可得軸的轉速u根據根據A、B兩相的相位超前滯后關系可判斷被兩相的相位超前滯后關系可判斷被測軸旋轉方向測軸旋轉方向4.2 位

14、置檢測裝置位置檢測裝置18ABCP90Ou后續(xù)電路可利用后續(xù)電路可利用A、B兩兩相的相的90相位差進行四倍相位差進行四倍頻細分處理，提高分辨率。頻細分處理，提高分辨率。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置19 （3）增量式碼盤的規(guī)格及分辨率增量式碼盤的規(guī)格及分辨率規(guī)格規(guī)格分辨率分辨率 增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉一圈發(fā)出的增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉一圈發(fā)出的脈沖數。市場上提供的規(guī)格從脈沖數。市場上提供的規(guī)格從 36線線 / 轉轉 到到10萬線萬線 /轉轉 都有。最大達都有。最大達1600萬線（禁運）。萬線（禁運）。選擇原則選擇原則n360u伺服系統(tǒng)要求的分辨率；伺服系統(tǒng)要求的分辨率；u考慮機械傳

15、動系統(tǒng)的參數。整數原則。考慮機械傳動系統(tǒng)的參數。整數原則。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置202 . 絕對式光電編碼器絕對式光電編碼器 u每一位置均由唯一對應的編碼輸出每一位置均由唯一對應的編碼輸出u電源切除后位置信息不會丟失電源切除后位置信息不會丟失u數控機床無需執(zhí)行回參考點操作就能直接提供當前數控機床無需執(zhí)行回參考點操作就能直接提供當前的位置值，沒有累積誤差的位置值，沒有累積誤差特點：特點：4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置21（1）結構和工作原理結構和工作原理碼盤基片上有多圈碼道，且碼盤基片上有多圈碼道，且每碼道的刻線數相等每碼道的刻線數相等對應每圈都有光電傳感器對應每圈都有光電傳感器輸出

16、信號的路數與碼盤圈數輸出信號的路數與碼盤圈數成正比成正比檢測信號按某種規(guī)律編碼輸檢測信號按某種規(guī)律編碼輸出，故可測得被測軸的周向絕出，故可測得被測軸的周向絕對位置對位置232221204.2 位置檢測裝置位置檢測裝置22（2）絕對編碼盤的編碼方式及其特點絕對編碼盤的編碼方式及其特點二進制編碼：二進制編碼：特點：特點：編碼循序與位置循編碼循序與位置循序相一致，但可能產生非序相一致，但可能產生非單值性誤差。單值性誤差。缺點：缺點：在在1100和和1011的交的交界處，可能會出現二義：界處，可能會出現二義：11110000導致較大的誤差。導致較大的誤差。232221204.2 位置檢測裝置位置檢測裝

17、置2323222120格雷碼（循環(huán)碼）格雷碼（循環(huán)碼）特點：特點：任何兩個編碼之任何兩個編碼之間只有一位是變化的，間只有一位是變化的，因而可把誤差控制在最因而可把誤差控制在最小單位上。但編碼與位小單位上。但編碼與位置循序無直接規(guī)律置循序無直接規(guī)律優(yōu)點：優(yōu)點：最大誤差為一個最大誤差為一個分辨率分辨率。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置24格雷碼的編碼方法格雷碼的編碼方法從二進制碼轉換而來的，轉換規(guī)則為：從二進制碼轉換而來的，轉換規(guī)則為： 將二進制碼與其本身右移一位后并舍去末位的數碼將二進制碼與其本身右移一位后并舍去末位的數碼作不進位加法，得出的結果即為格雷碼作不進位加法，得出的結果即為格雷碼(循環(huán)

18、碼循環(huán)碼)。例：例： 將二進制碼將二進制碼0101轉換成對應的格雷碼轉換成對應的格雷碼（雷格碼）（右移一位并舍去末位（二進制碼）011101001014.2 位置檢測裝置位置檢測裝置25 （3）絕對式編碼器的規(guī)格及分辨率絕對式編碼器的規(guī)格及分辨率規(guī)格規(guī)格分辨率分辨率絕對式碼盤的規(guī)格與碼盤碼道數絕對式碼盤的規(guī)格與碼盤碼道數 n 有關；有關；現在市場上提供從現在市場上提供從 4 道到道到27道都有。（道都有。（23道以上禁運）道以上禁運）選擇原則選擇原則 伺服系統(tǒng)要求的分辨率；伺服系統(tǒng)要求的分辨率； 考慮機械傳動系統(tǒng)的參數。考慮機械傳動系統(tǒng)的參數。n23604.2 位置檢測裝置位置檢測裝置263.

19、 編碼器的信號傳輸方式編碼器的信號傳輸方式（1）傳輸對象：傳輸對象：伺服電機、數控裝置伺服電機、數控裝置（2）傳輸方式：傳輸方式：并行或串行并行或串行并行傳輸：并行傳輸：每位數據需要一根數據電纜線。每位數據需要一根數據電纜線。 特點：特點：僅適用于短距離傳輸和特殊要求的場合。僅適用于短距離傳輸和特殊要求的場合。串行傳輸：串行傳輸：通過一根雙絞線實現數據傳送，分為單工、通過一根雙絞線實現數據傳送，分為單工、半雙工和全雙工，同步串行通信或異步串行通信。半雙工和全雙工，同步串行通信或異步串行通信。 特點：特點：用線少、成本低、傳輸距離遠、數據安全可靠。用線少、成本低、傳輸距離遠、數據安全可靠。應用于

20、遠距離傳輸和高精密的場合。應用于遠距離傳輸和高精密的場合。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置274 . 編碼器的選擇編碼器的選擇（1）電源。電源。常用的編碼器電源有常用的編碼器電源有5V、12V、24V幾種類型。幾種類型。（2）機械允許轉速。機械允許轉速。取決于編碼器測量系統(tǒng)處理時間、取決于編碼器測量系統(tǒng)處理時間、分辨率和結構尺寸，處理時間越短，尺寸越小，機械允許分辨率和結構尺寸，處理時間越短，尺寸越小，機械允許轉速越高。轉速越高。（3）分辨率。分辨率。應根據測量精度要求選擇編碼器分辨率，應根據測量精度要求選擇編碼器分辨率，綜合考慮性價比。綜合考慮性價比。（4）輸出信號類型。輸出信號類型。類型決

21、定后續(xù)接收電路。類型決定后續(xù)接收電路。（5）使用環(huán)境使用環(huán)境 。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置28根據測量對象分：根據測量對象分： 直線光柵（測量直線位移）和圓光柵（測量角位移）直線光柵（測量直線位移）和圓光柵（測量角位移）根據用途和材質分：根據用途和材質分：玻璃透射光柵、金屬反射光柵。玻璃透射光柵、金屬反射光柵。根據刻度方法及信號輸出形式分：根據刻度方法及信號輸出形式分： 絕對式光柵和增量式光柵。絕對式光柵和增量式光柵。 光柵：光柵：是利用光的透射、衍射現象制成的光電檢測裝置，用是利用光的透射、衍射現象制成的光電檢測裝置，用于測量運動部件的直線位移和角位移。于測量運動部件的直線位移和角位移

22、。4. 2. 3 光柵光柵1. 光柵的種類光柵的種類 4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置29（1）直線光柵直線光柵玻璃透射光柵：玻璃透射光柵：在玻璃表面上用真空鍍膜法鍍一層金屬膜，在玻璃表面上用真空鍍膜法鍍一層金屬膜，再涂上一層均勻的感光材料，用照相腐蝕法制成透明與不再涂上一層均勻的感光材料，用照相腐蝕法制成透明與不透明間隔相等的線紋。透明間隔相等的線紋。特點特點：u光源可采用垂直入射，光電元件直接接受光信號，因此光源可采用垂直入射，光電元件直接接受光信號，因此信號幅度大，讀數頭結構較簡單；信號幅度大，讀數頭結構較簡單；u一般為一般為100、125、250條條/mm，經過電路細分，可做到微，經過

23、電路細分，可做到微米級的分辨率。米級的分辨率。 4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置30金屬反射光柵：金屬反射光柵：在鋼尺或不銹鋼的鏡面上用照相腐蝕法或在鋼尺或不銹鋼的鏡面上用照相腐蝕法或用鉆石刀刻劃制成光柵線紋；常用用鉆石刀刻劃制成光柵線紋；常用4、10、25、40、50條條/mm ，分辨率低。，分辨率低。特點特點：u標尺光柵的線膨脹系數易于與機床材料一致；標尺光柵的線膨脹系數易于與機床材料一致；u標尺光柵的安裝和調整較方便；標尺光柵的安裝和調整較方便；u安裝面積較??；安裝面積較小；u易于接長或制成整根的鋼帶長光柵；易于接長或制成整根的鋼帶長光柵；u不易碰碎。不易碰碎。4.2 位置檢測裝置位置檢

24、測裝置31直線光柵的結構直線光柵的結構 由標尺光柵和光柵讀數頭（即指示光柵）兩部分組由標尺光柵和光柵讀數頭（即指示光柵）兩部分組成。光柵讀數頭中有光源、透鏡、掃描光柵、光電池和成。光柵讀數頭中有光源、透鏡、掃描光柵、光電池和信號處理電路等。信號處理電路等。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置32（2）圓光柵）圓光柵在玻璃圓盤外環(huán)端面上，做成黑白相間、呈輻射狀條紋，在玻璃圓盤外環(huán)端面上，做成黑白相間、呈輻射狀條紋，相互間夾角（柵距角）相等。相互間夾角（柵距角）相等。根據不同使用要求，在圓周上的條根據不同使用要求，在圓周上的條紋數不同。一般有紋數不同。一般有3種形式。種形式。六十進制，如六十進制，如1

25、0800、21600、32400、64800等；等；十進制，如十進制，如1000、2500、5000等等二進制，如二進制，如512、1024、2048等等4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置33（3）絕對式直線光柵尺）絕對式直線光柵尺 利用光電轉換原理將運動部件位置值以編碼形式輸出，利用光電轉換原理將運動部件位置值以編碼形式輸出，每個位置均有唯一對應代碼輸出。每個位置均有唯一對應代碼輸出。 有兩條刻線軌道有兩條刻線軌道增量軌和絕對軌。絕對軌用于確定運動增量軌和絕對軌。絕對軌用于確定運動部件位置值信息，條紋一般采用復雜的排列算法，如偽隨機部件位置值信息，條紋一般采用復雜的排列算法，如偽隨機編碼方式等

26、，以提高數據容量和安全性。增量軌條紋為等距編碼方式等，以提高數據容量和安全性。增量軌條紋為等距條紋，用于信號細分，提供更高分辨率的信號。精度可達條紋，用于信號細分，提供更高分辨率的信號。精度可達3 m/m，分辨率可達，分辨率可達5 nm 4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置34（4）增量式直線光柵尺）增量式直線光柵尺 利用光電轉換原理將位移的增量值以脈沖形式輸出，通過利用光電轉換原理將位移的增量值以脈沖形式輸出，通過對脈沖計數從而計算出位移值和位置值。對脈沖計數從而計算出位移值和位置值。 有兩條刻線軌道有兩條刻線軌道增量軌和參考點軌。增量軌條紋進行位增量軌和參考點軌。增量軌條紋進行位移量的計算。參

27、考點軌用于回零操作。移量的計算。參考點軌用于回零操作。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置354.2 位置檢測裝置位置檢測裝置2. 光柵的工作原理光柵的工作原理（1）成像掃描成像掃描。透射光生成位置測量信號。指示光柵和標。透射光生成位置測量信號。指示光柵和標尺光柵的光線投射到規(guī)則排列的光電池上。當指示光柵和尺光柵的光線投射到規(guī)則排列的光電池上。當指示光柵和標尺光柵相對運動時，光電池接收到的光強不斷變化，產標尺光柵相對運動時，光電池接收到的光強不斷變化，產生近似正弦變化的周期電信號。生近似正弦變化的周期電信號。 36（2）干涉掃描。干涉掃描。利用精密光柵的衍射和干涉形成位置測量信利用精密光柵的衍射和

28、干涉形成位置測量信號。號。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置37W4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置38 光學玻璃上均勻地刻上平行的線條，一般每毫米刻50、100、200、250條線。 注：條數越多，測量精度越高。 柵距：線條之間的距離，稱為柵距。用表示。 莫爾條紋節(jié)距W：交叉點之間的距離。 005. 001. 002. 0tgWWtg39當角很小時： 所以，節(jié)距W與柵距的關系為：tg1W1：是柵距的放大倍數，其最大可達 倍。 10001404.2.4 旋轉變壓器旋轉變壓器 旋轉變壓器是旋轉變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數關一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數關系的感應式微電機檢測裝置，主要用

29、于系的感應式微電機檢測裝置，主要用于半閉環(huán)半閉環(huán)控制的數控控制的數控機床。機床。優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單、動作靈敏、工作可靠、對環(huán)境條件要結構簡單、動作靈敏、工作可靠、對環(huán)境條件要求低（特別是高溫、高粉塵地方）、輸出信號幅度大、抗求低（特別是高溫、高粉塵地方）、輸出信號幅度大、抗干擾能力強。干擾能力強。缺點：缺點：信號處理比較復雜。信號處理比較復雜。分類：分類： 按有無電刷分：接觸式和無接觸式兩種按有無電刷分：接觸式和無接觸式兩種 按極對數分：單對極和多對極按極對數分：單對極和多對極4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置411. 旋轉變壓器的結構旋轉變壓器的結構 與兩相繞線式異步電機相似，與兩相繞線式異

30、步電機相似，由定子和轉子組成，由定子和轉子組成，是一種旋轉式的小型交流電機。是一種旋轉式的小型交流電機。 定子繞組通過固定在殼體上的接線柱直接引出。定子繞組通過固定在殼體上的接線柱直接引出。轉子繞組有兩種不同的引出方式。根據轉子繞組兩種轉子繞組有兩種不同的引出方式。根據轉子繞組兩種不同的引出方式，旋轉變壓器分為有刷式和無刷式兩不同的引出方式，旋轉變壓器分為有刷式和無刷式兩種結構形式。種結構形式。 4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置42（1）有刷式旋轉變壓器有刷式旋轉變壓器 轉子繞組通過滑環(huán)和轉子繞組通過滑環(huán)和電刷直接引出。電刷直接引出。特點：特點：結構簡單，體積小結構簡單，體積小缺點：缺點：電刷

31、與滑環(huán)是機械電刷與滑環(huán)是機械滑動接觸的，所以旋轉變滑動接觸的，所以旋轉變壓器的可靠性差，壽命也壓器的可靠性差，壽命也較短。較短。 4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置43（2）無刷式旋轉變壓器無刷式旋轉變壓器 由本體和附加變壓器組成。由本體和附加變壓器組成。附加變壓器原、副邊鐵心及線附加變壓器原、副邊鐵心及線圈成環(huán)形，分別固定于轉子軸圈成環(huán)形，分別固定于轉子軸和殼體上，徑向留有一定的間和殼體上，徑向留有一定的間隙。隙。 本體的轉子繞組與附加變本體的轉子繞組與附加變壓器原邊線圈連在一起，在附壓器原邊線圈連在一起，在附加變壓器原邊線圈中的電信號，加變壓器原邊線圈中的電信號，即轉子繞組中的電信號，通過即

32、轉子繞組中的電信號，通過電磁耦合，經附加變壓器副邊電磁耦合，經附加變壓器副邊線圈間接地送出。線圈間接地送出。4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置44 無刷式旋轉變壓器無刷式旋轉變壓器避免了電刷與滑環(huán)之間的不良接觸造避免了電刷與滑環(huán)之間的不良接觸造成的影響，提高了旋轉變壓器的可靠性及使用壽命，但其體成的影響，提高了旋轉變壓器的可靠性及使用壽命，但其體積、質量、成本均有所增加。積、質量、成本均有所增加。 4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置452. 旋轉變壓器工作原理旋轉變壓器工作原理 旋轉變壓器旋轉變壓器利用繞組間的互感原理。當定子加上一定頻利用繞組間的互感原理。當定子加上一定頻率的激磁電壓時，通過電磁

33、耦合，轉子繞組產生感應電勢，率的激磁電壓時，通過電磁耦合，轉子繞組產生感應電勢，其輸出電壓的大小取決于定子和轉子兩個繞組軸線在空間的其輸出電壓的大小取決于定子和轉子兩個繞組軸線在空間的相對位置。相對位置。 562221110U1=UmsintU1=UmsintU1=Umsint定 子轉 子激 磁輸 出U1U2tt =0 2=0U2=0 =90 2=k 1U2=nUmsint0 2=k 1sinU2=nUmsintsin2k 1sinU2 nUm sint sin4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置46tUUmsin1sinsinsin12tnUnUUmUm激磁電壓幅值激磁電壓幅值n繞組匝數比繞組匝數比轉子偏轉角轉子偏轉角定子繞組勵磁電壓：定子繞組勵磁電壓：轉子產生感應電勢：轉子產生感應電勢：4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置47（1）鑒相工作方式鑒相工作方式 定子的兩個繞組通同幅值、頻率，但相位差定子的兩個繞組通同幅值、頻率，但相位差/2的交流的交流激磁電壓。激磁電壓。 U1sUmsint U1cUm（sint+/2）Umcost 轉子正轉時：轉子正轉時： 轉子感應電壓轉子感應電壓U2 cossin112cskUkUU3. 旋轉變壓器的工作方式旋轉變壓器的工作方式4.2 位置檢測裝置位置檢測裝置48 U2kUmsintsinkUmcostcos =kUmcos（t-） Um激磁電壓幅值