第5章

數(shù)控機床伺服系統(tǒng)本章內(nèi)容：

4.1

概述

4.2

驅(qū)動電動機

4.3

數(shù)控機床常用檢測裝置

4.4

位置控制和速度控制

本章教學要求：1、了解數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求，以及位置控制和速度控制工作原理；2、重點熟悉數(shù)控機床進給驅(qū)動電動機和常用檢測裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能特點。5.1

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)。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)通常是指各坐標軸的進給伺服系統(tǒng)，它是數(shù)控裝置和機床機械傳動部件間的連接環(huán)節(jié)，它把數(shù)控系統(tǒng)插補運算生成的位置指令，精確地變換為機床移動部件的位移，直接反映了機床坐標軸跟蹤運動指令和實際定位的性能。數(shù)控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求：1）高精度

數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的精度是指機床工作的實際位置復(fù)現(xiàn)插補器指令信號的精確程度。一般定位精度要達到0.01～0.001mm，有的達到0.1μm；而輪廓加工對速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的抗負載干擾能力和靜動態(tài)性能指標都有較高的要求。2）穩(wěn)定性好伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在突變的指令信號或外界擾動的作用下，能夠以最大的速度達到新的或恢復(fù)到原有的平衡位置的能力。穩(wěn)定性是直接影響數(shù)控加工精度和表面粗糙度的重要指示。較強的抗干擾能力是獲得均勻進給速度的重要保證。3）響應(yīng)速度快，無超調(diào)快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的一項重要指標，它反映了系統(tǒng)對插補指令的跟蹤精度。在加工過程中，為了保證輪廓的加工精度，降低表面粗糙度，要求系統(tǒng)跟蹤指令信號的速度要快，過渡時間盡可能短，而且無超調(diào)，一般應(yīng)在200ms以內(nèi)，甚至幾十毫秒。

4）電機調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍是指數(shù)控機床要求電機能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。此最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速一般是指額定負載時的轉(zhuǎn)速。為保證在任何條件下都能獲得最佳的切削速度，要求進給系統(tǒng)必須提供較大的調(diào)速范圍，一般要求調(diào)速范圍應(yīng)達到1:1000，而性能較高的數(shù)控系統(tǒng)調(diào)速范圍應(yīng)能達到1:10000，而且是無級調(diào)速。5）低速大轉(zhuǎn)矩機床加工的特點是低速時進行重切削，這就要求伺服系統(tǒng)在低速時有較大的輸出轉(zhuǎn)矩。6）可靠性高對環(huán)境的適應(yīng)性強，性能穩(wěn)定，使用壽命長，平均無故障時間間隔長。5.2

驅(qū)動電動機驅(qū)動電動機是數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件。用于驅(qū)動數(shù)控機床各坐標軸進給運動的稱為進給電動機。用于驅(qū)動機床主運動的稱為主軸電動機。

開環(huán)伺服系統(tǒng)主要采用步進電動機。伺服電動機通常用于閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中。伺服電動機又分直流伺服電動機和交流伺服電動機，隨著直線電動機技術(shù)的成熟，采用直線電動機作為進給驅(qū)動也已成為目前數(shù)控機床發(fā)展的趨勢。

5.2.1

步進電動機步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移或線位移的電磁裝置。對步進電動機施加一個電脈沖信號，它就旋轉(zhuǎn)一個角度，通常把它稱為一步，每一步所轉(zhuǎn)過的角度叫做步距角。步距角的計算公式為式中：—步距角；

—轉(zhuǎn)子齒數(shù)；

—定子的相數(shù)；

—拍數(shù)與相數(shù)的比例系數(shù)。相鄰兩次通電相數(shù)相同時，k=1，如三相三拍；相鄰兩次通電相數(shù)不同時，k=2，如三相六拍。同一相數(shù)的步進電機可有兩種步距角，通常為3°／1.5°、1.5°／0.75°、0.72°／0.36°等。每個步距角對應(yīng)工作臺一個位移值，這個位移值稱為脈沖當量，因此，只要控制指令脈沖的數(shù)量即可控制工作臺移動的位移量。數(shù)控機床用步進電機的步距角一般都很小，步距角越小，它所達到的位置精度越高。步進電動機的轉(zhuǎn)速公式：

式中n

——步進電動機轉(zhuǎn)速(r/min)；

f

——控制脈沖頻率，即每秒輸入步進電動機的脈沖數(shù)；由上式知，工作臺移動的速度由指令脈沖的頻率所控制。1．步進電動機工作原理

下面以一臺三相反應(yīng)式步進電動機為例說明步進電動機的工作原理。假設(shè)步進電動機的定子上有6個極，每極上都裝有控制繞組，每兩個相對的極組成一相。轉(zhuǎn)子是四個均勻分布的齒，上面沒有繞組。當A相繞組通電時，因磁通總是沿著磁組最小的路徑閉合，將使轉(zhuǎn)子齒1、3和定子極A、A‘對齊，如圖（a）所示。A相斷電，B相繞組通電時，轉(zhuǎn)子將在空間轉(zhuǎn)過角，=30°，使轉(zhuǎn)子齒2、4和定子極B、B＇對齊，如圖（b）所示。如果再使B相斷電，C相繞組通電時，轉(zhuǎn)子又將在空間轉(zhuǎn)過30°角，使轉(zhuǎn)子齒1、3和定子極C、C＇對齊，如圖（c）所示。如此循環(huán)往復(fù)，并按A—B—C—A的順序通電，電動機便按一定的方向轉(zhuǎn)動。(a)A相通電(b)B相通電(c)C相通電電動機的轉(zhuǎn)速直接取決于繞組與電源接通或斷開的變化頻率。若按A—C—B—A的順序通電，則電動機反向轉(zhuǎn)動。電動機繞組與電源的接通或斷開，通常是由電子邏輯電路來控制的。

（a）A相通電（b）B相通電c）C相通電電動機定子繞組每改變一次通電方式，成為一拍?！皢巍笔侵该看瓮姇r，只有一相繞組通電，上述通電方式稱為單三拍,即逆時針轉(zhuǎn)動A→B→C→A；順時針轉(zhuǎn)動A→C→B→A。另外還有：雙三拍通電方式(逆時針轉(zhuǎn)動AB→BC→CA；順時針轉(zhuǎn)動AC→CB→BA。三相六拍通電方式(逆時針轉(zhuǎn)動A→AB→B→BC→C→CA→A；順時針轉(zhuǎn)動A→AC→C→CB→B→BA→A

。實際使用中，單三拍通電方式由于在切換時一相繞組斷電，而另一相繞組開始通電，容易造成失步。此外，由單一繞組通電吸引轉(zhuǎn)子也容易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生震蕩，運行的穩(wěn)定性較差，所以很少使用，通常使用在雙三拍通電方式。另外，上述結(jié)構(gòu)的反應(yīng)式步進電動機的步距角較大，如在數(shù)控機床中應(yīng)用就會影響到加工精度。實際中采用的是小步距角的步進電動機。實際上步進電機轉(zhuǎn)子的齒數(shù)很多，因為齒數(shù)越多步距角越小。為了改善運行性能，定子磁極上也有齒，這些齒的齒距與轉(zhuǎn)子的齒距相同，但各極的齒依次與轉(zhuǎn)子的齒錯開齒距的1／m（m為電機相數(shù)）。這樣，每次定子繞組通電狀態(tài)改變時，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)過齒距的1／m（如三相三拍）或1／2m（如三相六拍）即達到新的平衡位置。2．步進電動機特點（1）步進電動機受脈沖的控制，其轉(zhuǎn)子的角位移量或線位移量和轉(zhuǎn)速嚴格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比，沒有累積誤差?？刂戚斎氩竭M電動機的脈沖數(shù)就能控制位移量；改變通電頻率可改變電動機的轉(zhuǎn)速。（2）當停止送入脈沖，只要維持控制繞組的電流不變，電動機便停在某一位置上不動，不需機械制動。（3）改變通電順序可改變步進電動機的旋轉(zhuǎn)方向。（4）步進電動機的缺點是效率低，拖動負載的能力不大，脈沖當量（步距角）不能太小，調(diào)速范圍不大，最高輸入脈沖頻率一般不超過18kHz。3．步進電動機的主要特性（1）步矩誤差：一轉(zhuǎn)內(nèi)各實際步距角與理論值之間誤差的最大值稱為步距誤差。影響步距誤差的主要因素有：轉(zhuǎn)子齒的分度精度、定子磁極與齒的分度精度，鐵心疊壓及裝配精度，氣隙的不均勻程度，各相勵磁電流的不對稱程度等。（2）靜態(tài)矩角特性：當步進電動機不改變通電狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子處于不動狀態(tài)。若在電動機軸上外加一個負載轉(zhuǎn)矩，步進電動機轉(zhuǎn)子會按一定方向轉(zhuǎn)過一個角度，并重新穩(wěn)定，此時轉(zhuǎn)子所受的電磁轉(zhuǎn)矩T稱為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，角度θ稱為失調(diào)角。描述步進電動機穩(wěn)定時，電磁轉(zhuǎn)矩T與失調(diào)角之間關(guān)系的曲線稱為靜態(tài)矩角特性或靜轉(zhuǎn)矩特性。（3）啟動頻率：空載時，步進電動機由靜止突然啟動不丟步地進入正常運行狀態(tài)所允許的最高啟動頻率稱為啟動頻率或突跳頻率。啟動頻率與機械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，隨著負載轉(zhuǎn)動慣量的增加，啟動頻率下降。若同時存在負載轉(zhuǎn)矩則啟動頻率會進一步降低。（4）連續(xù)運行頻率：步進電動機啟動以后其運行速度能跟蹤指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率，稱為連續(xù)運行頻率，在實際運用中，連續(xù)運行頻率比啟動頻率高得多。（5）矩頻特性：矩頻特性是描述步進電動機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出的最大轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系曲線。（6）加減速特性：步進電動機的加減速特性用于描述步進電動機由靜止到工作頻率或由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的頻率變化與時間的關(guān)系。為了保證運動部件的平穩(wěn)和準確定位，根據(jù)步進電動機的加減速特性，在啟動和停止時應(yīng)進行加減速控制。如果沒有加減速過程或者加、減速不當，步進電動機都會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。

伺服電動機分直流伺服電動機和交流伺服電動機，直流伺服電動機又分小慣量直流伺服電動機和大慣量寬調(diào)速直流伺服電動機，由于小慣量直流電機最大限度地減小電樞的轉(zhuǎn)動慣量，所以能獲得最快的響應(yīng)速度，在早期的數(shù)控機床上應(yīng)用。大慣量寬調(diào)速直流伺服電機又稱直流力矩電機。在上世紀70~80年代中期，在數(shù)控機床進給驅(qū)動中采用的主要就是這種大慣量寬調(diào)速直流伺服電動機。交流伺服電動機主要分交流異步伺服電動機(一般用于主軸驅(qū)動)和交流同步伺服電動機(一般用于進給驅(qū)動)。伺服電動機亦稱執(zhí)行電動機，它具有一種服從控制信號要求而動作的職能，在信號來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動；信號來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動；當信號消失，轉(zhuǎn)子能及時自行停轉(zhuǎn)。由于這種“伺服”的性能，因此而得名。5.2.2

伺服電動機1．永磁直流伺服電動機1）永磁直流伺服電動機基本結(jié)構(gòu)永磁直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)與普通直流電動機基本相同。主要包括三大部分：定子、轉(zhuǎn)子、電刷與換向片。1—檢測元件2—軸承3—電刷4—換向片5—定子6—轉(zhuǎn)子7—線圈2）永磁直流伺服電動機工作原理

如圖所示，當電樞繞組通以直流電時，在定子磁場作用下產(chǎn)生電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，電刷與換向片保證電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向恒定，從而使轉(zhuǎn)子沿固定方向均勻地帶動負載連續(xù)旋轉(zhuǎn)。只要電樞繞組斷電，電動機立即停轉(zhuǎn)，不會出現(xiàn)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。按圖規(guī)定好各量的正方向，電動機在穩(wěn)態(tài)運行下的基本方程式可寫為：Ea=Ce

nΦUa=Ea+IaRaT=CtΦIaT=TL=T2+T0Φ=常數(shù)式中Ua

—電動機端電壓；

Ia

—電樞電流；

Ra

—電樞回路總電阻；

n—電動機轉(zhuǎn)速；

Ea

—電樞感應(yīng)電動勢；

T—電磁轉(zhuǎn)矩；

TL

—負載轉(zhuǎn)矩；T2

—電動機輸出轉(zhuǎn)矩；T0

—電動機本身各種損耗引起的空載轉(zhuǎn)矩;Ct

—轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Ce

—電動勢常數(shù)。

轉(zhuǎn)速變化時的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系為：式中J—負載和電動機轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量；

—電動機的角速度。根據(jù)電動機的電壓平衡方程式Ua=Ea+IaRa

并考慮電樞感應(yīng)電動勢Ea=CenΦ和電動機電磁轉(zhuǎn)矩T=CtΦIa

得或這兩個方程式即為用電流和轉(zhuǎn)矩表示的電動機機械特性。

由上述方程式可知，當電動機加上一定電源電壓Ua和磁通If保持不變時，轉(zhuǎn)速n與電動機電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系，即n=f（T）曲線是一條向下傾斜的直線，如圖4-9。轉(zhuǎn)速變化的大小用轉(zhuǎn)速調(diào)整率來表示，為直流伺服電動機的機械特性

圖中的機械特性與縱軸坐標的交點是理想空載轉(zhuǎn)速n0＇。實際運行時電動機的空載轉(zhuǎn)速n0要比n0＇小些。圖中上翹虛線是當電動機電樞電流較大時，考慮了電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)減少氣隙主磁通的機械特性。具有這種特性的電動機，運行時會產(chǎn)生不穩(wěn)定，應(yīng)設(shè)法避免。=式中n0——電動機空載轉(zhuǎn)速；nN

——電動機額定轉(zhuǎn)速。永磁直流伺服電動機通過改變電樞電源電壓即可得到一族彼此平行的曲線，如圖所示。直流伺服電動機的變壓特性曲線2．永磁交流伺服電動機1）結(jié)構(gòu)

如圖所示，永磁交流伺服電動機主要由三部分組成：定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件（轉(zhuǎn)子位置傳感器或測速發(fā)電動機）。

1—定子2—永久磁鐵3—軸向通風孔4—轉(zhuǎn)軸

1—定子2—轉(zhuǎn)子3—壓板4—定子三相繞組5—脈沖編碼器6—出線盒形狀與普通異步電動機的定子相同。但其外圓多呈多邊形且無外殼，便于散熱，避免電動機發(fā)熱對機床精度的影響。轉(zhuǎn)子由多塊永久磁鐵和轉(zhuǎn)子鐵心組成。此結(jié)構(gòu)氣隙磁密度較高，極數(shù)較多。同一種鐵心和相同的磁鐵塊數(shù)可以裝成不同的極數(shù)。如圖所示（a）

2p=8（b）

2p=41—鐵心

2—永久磁鐵

3—非磁性套筒

永磁轉(zhuǎn)子（切向式）

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上，還有一類稱有極靴星形轉(zhuǎn)子，如圖所示，這種轉(zhuǎn)子可采用矩形磁鐵或整體星形磁鐵構(gòu)成。

（a）

矩形磁鐵式

（b）

整體星形式1—極靴

2—籠條

3—永久磁鐵

4—轉(zhuǎn)子軛

5—轉(zhuǎn)軸圖5.15

有極靴星形轉(zhuǎn)子2）工作原理

如圖所示，以一個二極永磁轉(zhuǎn)子為例，電樞繞組為三相對稱繞組，當通以三相對稱電流時，定子的合成磁場為一旋轉(zhuǎn)磁場，圖中用一對旋轉(zhuǎn)磁極表示，該旋轉(zhuǎn)磁極以同步轉(zhuǎn)速ns旋轉(zhuǎn)。由于磁極同性相斥，異性相吸，定子旋轉(zhuǎn)磁極與轉(zhuǎn)子的永磁磁極互相吸引，帶動著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)子也將以同步轉(zhuǎn)速ns與旋轉(zhuǎn)磁場一起旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子速度：即由電源頻率f和磁極對數(shù)p所決定。當轉(zhuǎn)子加上負載轉(zhuǎn)矩之后，轉(zhuǎn)子磁極軸線將落后定子磁場軸線一個θ角，隨著負載增加，θ角也隨之增大，負載減小時，θ角也減小，只要不超過一定限度，轉(zhuǎn)子始終跟著定子的旋轉(zhuǎn)磁場以恒定的同步轉(zhuǎn)速ns旋轉(zhuǎn)。當超過一定限度后，轉(zhuǎn)子不再按同步轉(zhuǎn)速，甚至可能不轉(zhuǎn)，這就是同步電動機的失步現(xiàn)象，此負載的極限稱為最大同步轉(zhuǎn)矩。交流伺服電動機的機械特性曲線如圖所示。圖5.17

交流伺服電動機機械特性在連續(xù)工作區(qū)，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的任何組合都可連續(xù)工作；在斷續(xù)工作區(qū)，電動機可間斷運行。連續(xù)工作區(qū)的劃分受供給電動機的電流是否為正弦波及工作溫度的影響。斷續(xù)工作區(qū)的極限，一般受到電動機的供給電壓的限制。交流伺服電動機的機械特性比直流伺服電動機更硬，斷續(xù)工作范圍更大，尤其在高速區(qū)，這有利于提高電動機的加減速性能。永磁同步電動機啟動困難，不能自啟動的原因有兩點：一是由于本身存在慣量。二是定子、轉(zhuǎn)子磁場之間轉(zhuǎn)速相差過大。

直線電動機是一種不需要中間轉(zhuǎn)換裝置，而能直接作直線運動的電動機械。

5.2.3

直線電動機1．直線電動機的結(jié)構(gòu)和原理交流異步直線電動機結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)如圖所示，在一個有槽的矩形初級部件中鑲嵌三相繞組（相當于異步電動機的定子），在板狀次級部件中鑲嵌短路棒（相當于異步電動機的籠形轉(zhuǎn)子）。

工作原理是將旋轉(zhuǎn)異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子之間的電磁作用力從圓周展開為平面。即在三相繞組中通以三相交流電流時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，次級部件中鑲嵌短路棒形成的短路繞組中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流。根據(jù)電磁力定律知道，作為載流導(dǎo)體的短路棒和矩形初級部件中鑲嵌三相繞組二者之間會受到電磁力的作用，使直線電動機沿著直線導(dǎo)軌移動。1—直線位移檢測裝置2—測量部件3—初級繞組4—次級繞組2．直線電動機的特性（1）直線電動機所產(chǎn)生的力直接作用于移動部件，因此省去滾珠絲杠和螺母等機械傳動環(huán)節(jié)，可以減少傳動系統(tǒng)的慣性，提高系統(tǒng)的運動速度、加速度和精度，避免振動的產(chǎn)生。（2）由于動態(tài)性能好，可以獲得較高的運動精度。（3）如果采用拼裝的次級部件，還可以實現(xiàn)很長的直線運動距離。（4）運動功率的傳遞是非接觸的，沒有機械磨損。（5）直線電動機通常必須采用循環(huán)強制冷卻及隔熱措施，才不會導(dǎo)致機床熱變形。5.3

數(shù)控機床常用檢測裝置5.3.1

概述根據(jù)位置檢測裝置安裝形式和測量方式，有直接測量和間接測量、增量式測量和絕對式測量、數(shù)字式測量和模擬式測量等方式。1、直接測量和間接測量若位置檢測裝置測量的對象就是被測量本身，即直線式測量直線位移，旋轉(zhuǎn)式測量角位移，該測量方式稱為直接測量。若位置檢測裝置測量出的數(shù)值通過轉(zhuǎn)換才能得到被測量本身這種測量方式稱為間接測量。直接測量組成位置閉環(huán)伺服系統(tǒng)；間接測量組成位置半閉環(huán)伺服系統(tǒng)2、增量式測量和絕對式測量增量式測量裝置只是測量位移增量；絕對式測量是被測的任一點位置都從一個固定零點算起，每一個測點都有一個對應(yīng)的編碼，常以二進制數(shù)據(jù)形式表示。增量式檢測裝置均有零點標志，作為基準起點。數(shù)控機床采用增量式檢測裝置時，在每次接通電源后要回參考點操作，以保證測量位置的正確。

3、數(shù)字式測量和模擬式測量數(shù)字式測量是以量化后的數(shù)字形式表示被測量。得到的測量信號為脈沖形式，以計數(shù)后得到的脈沖個數(shù)表示位移量。其特點是便于顯示、處理；測量精度取決于測量單位，與量程基本無關(guān)；抗干擾能力強。模擬式測量是將被測量用連續(xù)的變量來表示，模擬式測量的信號處理電路較復(fù)雜，易受干擾，數(shù)控機床中常用于小量程測量。5.3.2

旋轉(zhuǎn)編碼器

旋轉(zhuǎn)編碼器通常有增量式和絕對式兩種類型。它通常安裝在被測軸上了，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，將被測軸的位移轉(zhuǎn)換成增量脈沖形式或絕對式的代碼形式。1、增量式旋轉(zhuǎn)編碼器1—轉(zhuǎn)軸2—發(fā)光二極管3—光欄板

4—零標志5—光敏元件6—碼盤

7—印制電路板8—電源及信號連接座光電編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度，而這與光電碼盤圓周的條紋數(shù)有關(guān)，即分辨角為：如條紋數(shù)為1024，由公式則分辨角1—轉(zhuǎn)軸2—發(fā)光二極管3—光欄板

4—零標志5—光敏元件6—碼盤

7—印制電路板8—電源及信號連接座光電編碼器的光欄板上有三組條紋A、B、及C、如圖所示。圖5.20A、B條紋位置及信號當光電碼盤反轉(zhuǎn)時B信號超前A信號90o。利用這一相位關(guān)系即可判斷電動機轉(zhuǎn)向。另外，在光電碼盤里圈里還有一條透光條紋C，用以產(chǎn)生每轉(zhuǎn)信號，即光電碼盤每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖，該脈沖稱為一轉(zhuǎn)信號或零標志脈沖，作為測量基準。A組和B組的條紋彼此錯開1/4節(jié)距，兩組條紋相對應(yīng)的光敏元件所產(chǎn)生的信號彼此相差90o，當光電碼盤正轉(zhuǎn)時，A信號超前B信號90o光電編碼器的輸出信號A、和B、及C、為差動信號。差動信號大大提高了傳輸?shù)目垢蓴_能力。

在數(shù)控系統(tǒng)中，分辨力是指一個脈沖所代表的基本長度單位。為進一步提高分辨力，常對上述A、B信號進行倍頻處理。例如，配置2000脈沖/轉(zhuǎn)光電編碼器的伺服電動機直接驅(qū)動8mm螺距的滾珠絲杠，經(jīng)4倍頻處理后，相當于8000脈沖/r的角度分辨力，對應(yīng)工作臺的直線分辨力由倍頻前的0.004mm提高到0.001mm。2．絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器下面以接觸式碼盤和光電式碼盤分別介紹絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器測量原理（1）接觸式碼盤（a）結(jié)構(gòu)簡圖（b）4位BCD碼盤（c）4位格雷碼盤

圖5.21

接觸式碼盤若是n位二進制碼盤，就有n圈碼道，且圓周均為2n等分，即共有2n個數(shù)就來表示其不同位置，所能分辨的角度為圖（c）為4位格雷碼盤，其特點是任意兩個相鄰數(shù)碼間只有一位是變化的，可消除非單值性誤差。顯然，位數(shù)n越大，所能分辨的角度越小，測量精度就越大。（a）結(jié)構(gòu)簡圖（b）4位BCD碼盤（c）4位格雷碼盤（2）絕對式光電碼盤

絕對式光電碼盤與接觸式碼盤結(jié)構(gòu)相似，只是其中的黑白區(qū)域不表示導(dǎo)電區(qū)和絕緣區(qū)，而是表示透光區(qū)和不透光區(qū)。其中黑的區(qū)域指不透光區(qū)，用“0”；白的區(qū)域指透光區(qū)，用“1”表示。如此，在任意角度都有“1”、“0”組成的二進制代碼。3．編碼器在數(shù)控機床中的應(yīng)用

（1）位移測量由于增量式光電編碼器每轉(zhuǎn)過一個分辨角就發(fā)出一個脈沖信號，因此，根據(jù)脈沖的數(shù)量、傳動比及滾珠絲杠螺距即可得出移動部件的直線位移量。如某帶光電編碼器的伺服電動機與滾珠絲杠直連(傳動比1∶1)，光電編碼器1024脈沖/r，絲杠螺距8mm，在一轉(zhuǎn)時間內(nèi)計數(shù)1024脈沖，則在該時間段里，工作臺移動的距離為8mm/r÷1024脈沖/r×1024脈沖＝8mm。3．編碼器在數(shù)控機床中的應(yīng)用（2）主軸控制當數(shù)控車床主軸安裝編碼器后，則該主軸具有C軸插補功能，可實現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)與z坐標軸進給的同步控制；恒線速切削控制，即隨著刀具的徑向進給及切削直徑的逐漸減小或增大，通過提高或降低主軸轉(zhuǎn)速，保持切削線速度不變；主軸定向控制等。（3）測速

光電編碼器輸出脈沖的頻率與其轉(zhuǎn)速成正比，因此，光電編碼器可代替測速發(fā)電機的模擬測速而成為數(shù)字測速裝置。（4）提供速度和位置反饋信號

編碼器應(yīng)用于交流伺服電動機控制中，用于轉(zhuǎn)子位置和速度檢測。

（5）零標志脈沖用于回參考點控制5.3.3

旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是利用當變壓器的一次側(cè)外施交流電壓勵磁時，其二次側(cè)的輸出電壓將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角嚴格保持某種函數(shù)關(guān)系的一種模擬式角度測量元件。特點：堅固、耐熱和耐沖擊，抗振性好。1、工作原理

其中，定子上的兩個繞組分別為正弦繞組和余弦繞組，勵磁電壓用u1s和u1c表示，轉(zhuǎn)子繞組中一個繞組為輸出電壓u2，另一個繞組接高阻抗作為補償；θ為轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角。定子繞組通入不同的勵磁電壓，可得到兩種工作方式。（1）相位工作方式給定子的正、余弦繞組分別通入同幅、同頻，但相位差π/2的交流勵磁電壓，即當轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時這兩個勵磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，經(jīng)疊加，在轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電壓u2為:式中：Um—勵磁電壓幅值；

k—電磁耦合系數(shù)，k＜1；

θ—相位角（轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角）。同理，當轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時，可得可以看出，轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有嚴格的對應(yīng)關(guān)系，只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可知道轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子是和被測軸連接在一起的，故被測軸的角位移也就得到了。（2）幅值工作方式

給定子的正、余弦繞組分別通以同頻率、同相位，但幅值不同的交流勵磁電壓，即分別為勵磁電壓的幅值，其數(shù)值為式中：—給定電氣角。當轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時，u1s、u1c經(jīng)疊加，在轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電壓u2為同理，轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時，可得式中，kUmcos(α-θ)、kUmcos（α+θ）為感應(yīng)電壓的幅值。由以上兩式可以看出，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角θ而變化，測量出幅值即可求得偏轉(zhuǎn)角θ，從而獲得被測軸的角位移。2、旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)目前數(shù)控機床常用的是無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，無刷旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)如圖所示。1—殼體2—轉(zhuǎn)子軸3—旋轉(zhuǎn)變壓器定子4—旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子5—變壓器定子6—變壓器轉(zhuǎn)子7—變壓器一次繞組8—變壓器二次繞組

無刷旋轉(zhuǎn)變壓器由兩部分組成：一部分稱為分解器，由旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子組成；另一部分稱為變壓器，用它取代電刷和滑環(huán)，其一次繞組與分解器的轉(zhuǎn)子軸固定在一起，與轉(zhuǎn)子軸一起旋轉(zhuǎn)。分解器中的轉(zhuǎn)子輸出信號接在變壓器的一次繞組上，變壓器的二次繞組與分解器中的定子一樣固定在旋轉(zhuǎn)變壓器的殼體上。工作時，分解器的定子繞組外加勵磁電壓，轉(zhuǎn)子繞組即耦合出與偏轉(zhuǎn)角相關(guān)的感應(yīng)電壓，此信號接在變壓器的一次繞組上，經(jīng)耦合由變壓器的二次繞組輸出。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器一般為多級旋轉(zhuǎn)變壓器。所謂多級旋轉(zhuǎn)變壓器就是增加定子或轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)，使電氣轉(zhuǎn)角為機械轉(zhuǎn)角的倍數(shù)，用來代替單級旋轉(zhuǎn)變壓器，不需要升速齒輪，從而提高了定位精度。另外還可用三個旋轉(zhuǎn)變壓器按1∶1、10∶1和100∶1的比例相互配合串聯(lián)，組成精、中、粗三級旋轉(zhuǎn)變壓器測量裝置。5.3.4

感應(yīng)同步器

感應(yīng)同步器也是一種電磁式的位置檢測傳感器，主要部件由定尺和滑尺組成。結(jié)構(gòu)型式有圓盤式和直線式兩種。1—定部件（床身）2—運動部件（工作臺或刀架）

3—定尺繞組引線4—定尺座5—防護罩6—滑尺7—滑尺座8—滑尺繞組引線9—調(diào)整墊10—定尺11—正弦勵磁繞組12—余弦勵磁繞組1、感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和原理感應(yīng)同步器的工作原理與旋轉(zhuǎn)變壓器相似。當勵磁繞組和感應(yīng)繞組間發(fā)生相對位移時，由于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化。感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器就是利用這個特點進行測量的。所不同的是，旋轉(zhuǎn)變壓器變化的是定子和轉(zhuǎn)子的角位移，而直線式感應(yīng)同步器變化的是滑尺和定子的直線位移。根據(jù)勵磁繞組中勵磁方式的不同，感應(yīng)同步器也有相位工作方式和幅值工作方式。

（1）相位工作方式給滑尺的正弦勵磁繞組和余弦勵磁繞組分別通以頻率相同、幅值相同，但相位差π/2的勵磁電壓，即當滑尺移動X距離時，定尺繞組中的感應(yīng)電壓為式中：k—電磁耦合系數(shù)；

Um—勵磁電壓幅值；τ—節(jié)距；X—滑尺移動距離；θ—電氣相位角。從式中可以看出，定尺的感應(yīng)電壓與滑尺的位移量有嚴格對應(yīng)關(guān)系。通過測量定尺感應(yīng)電壓的相位，即可測得滑尺的位移量。（2）幅值工作方式

給滑尺的正弦勵磁繞組和余弦勵磁繞組分別通以相位相同、頻率相同，但幅值不同的勵磁電壓，即其中，Usm、Ucm幅值分別為式中：θ1—電氣給定角當滑尺移動時，定尺繞組中的感應(yīng)電壓為當△θ很小時，定尺繞組中的感應(yīng)電壓可近似表示為又因為則式中：△X

—滑尺位移增量從上式可以看出，當位移增量△X很小時，感應(yīng)電壓的幅值和△X成正比，因此，通過測量ud的幅值來測定位移△X的大小。2、感應(yīng)同步器的特點（1）精度高；（2）測量長度不受限制；（3）對環(huán)境的適應(yīng)性較強；（4）維修簡單、壽命長；（5）工藝性好、成本較低、便于成批生產(chǎn)。3、感應(yīng)同步器安裝和使用應(yīng)注意的事項（1）感應(yīng)同步器在安裝時必須保持兩尺平行、兩平面的間隙約為0.25mm，傾斜度小于0.5°，裝配面波紋度在0.01mm/250mm以內(nèi)。滑尺移動時，晃動的間隙及不平行度誤差的變化小于0.1mm。（2）感應(yīng)同步器大多裝在容易被切屑及切屑液浸入的地方，所以必須加以防護，否則切屑夾在間隙內(nèi)，會使定尺和滑尺繞組刮傷或短路，使裝置發(fā)生無動作及損壞。（3）路中的阻抗和勵磁電壓不對稱以及勵磁電流失真度超過2％，將對檢測精度產(chǎn)生很大的影響，因此在調(diào)整系統(tǒng)時，應(yīng)加以注意。（4）由于感應(yīng)同步器感應(yīng)電勢低，阻抗低，所以應(yīng)加強屏蔽以防止干擾。3．感應(yīng)同步器安裝和使用應(yīng)注意的事項（1）感應(yīng)同步器在安裝時必須保持兩尺平行、兩平面的間隙約為0.25mm，傾斜度小于0.5°，裝配面波紋度在0.01mm/250mm以內(nèi)。滑尺移動時，晃動的間隙及不平行度誤差的變化小于0.1mm。5.3.5

光柵尺１－光柵尺２－掃描頭３－電纜

光柵尺(又稱光柵)是一種高精度的直線位移傳感器，是數(shù)控機床閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的測量裝置。光柵尺通常為一長一短兩塊光柵尺配套使用。其中長的一塊稱為主光柵或標尺光柵，安裝在機床移動部件上，要求與行程等長，短的一塊稱為指示光柵，指示光柵和光源、透鏡、光敏元件裝在掃描頭中，安裝在機床固定部件上。透射光柵反射光柵常見的透射光柵線密度為50條/mm、100條/mm、200條/mm。常用的反射光柵線密度為4條/mm、10條/mm、25條/mm、40條/mm、50條/mm。標尺光柵和指示光柵相互平行，它們之間有0.05mm～0.1mm的間隙，并且其線紋相互偏斜一個很小的角度θ，兩光柵線紋相交，形成透光和不透光的菱形條紋。在相交處出現(xiàn)的黑色條紋，稱為莫爾條紋。莫爾條紋的傳播方向與光柵線紋大致垂直。兩條莫爾條紋間的距離稱為紋距W

。光柵尺上相鄰兩條光柵線紋間的距離稱為柵距或節(jié)距ω，線密度是指每毫米長度上的線紋數(shù)，用k表示，柵距與線密度互為倒數(shù)，即

ω=1/k

光柵的莫爾條紋特點：（1）起放大作用因為θ角度非常小，因此莫爾條紋的紋距W要比柵距大得多，如k=100條/mm，則=0.01mm。如果調(diào)整θ=0.001rad，則W=10mm。這樣，雖然光柵尺柵距很小，但莫爾條紋卻清晰可見，便于測量。光柵的莫爾條紋特點：（1）起放大作用（2）莫爾條紋的移動與柵距成比例

當標尺光柵移動時，莫爾條紋就沿著垂直于光柵尺運動的方向移動，并且光柵尺每移動一個柵距，莫爾條紋就準確地移動一個紋距W，只要測量出莫爾條紋的數(shù)目，就可以知道光柵尺移動了多少個柵距，而柵距是制造光柵尺時確定的，因此工作臺的移動距離就可以計算出來。如一光柵尺k=100條/mm，測得由莫爾條紋產(chǎn)生的脈沖為1000個，則安裝有該光柵尺的工作臺移動了0.01mm/條×1000個=10mm。光柵的莫爾條紋特點：（1）起放大作用（2）莫爾條紋的移動與柵距成比例（3）當標尺光柵隨工作臺運動方向改變時，莫爾條紋的移動方向也發(fā)生改變。為了提高光柵檢測裝置的精度，可以提高刻線精度和增加刻線密度通常采用倍頻處理來提高光柵的分辨精度。圖為HEIDENHAIN光柵電流型輸出信號經(jīng)5倍頻處理后的信號波形。5.3.6

磁柵磁柵是一種計算磁波數(shù)目的位置檢測元件。它由磁性標尺、磁頭和檢測電路組成。優(yōu)點:精度高，復(fù)制簡單和安裝方便，對使用環(huán)境的條件要求較低，對周圍電磁場的抗干擾能力較強，在油污、粉塵較多的場合下使用有好的穩(wěn)定性。1、磁性標尺磁性標尺按基本形狀有帶狀磁尺、線狀磁尺和圓形磁尺。2、拾磁磁頭拾磁磁頭是一種磁電轉(zhuǎn)換器，用來把磁尺上的磁化信號檢測出來變成電信號送給測量電路。工作原理：將高頻勵磁電流通以勵磁繞組時，在磁頭產(chǎn)生上磁通，當磁頭靠近磁尺時，磁尺上的磁信號產(chǎn)生的磁通通過磁頭鐵心，并被高頻勵磁電流產(chǎn)生的磁通所調(diào)制，從而在拾磁繞組中感應(yīng)出電壓信號輸出。其輸出電壓為式中：

—感應(yīng)電壓系數(shù)；

λ—磁尺上磁化信號節(jié)距；

X—磁頭在磁尺上的位移量；ω—勵磁電流角頻率。為了辨別磁頭在磁尺上的移動方向，通常采用了間距為（m±1/4）λ的兩組磁頭（其中m為任意正整數(shù)）如圖所示，其輸出電壓為u1和u2為相位相差90°兩列信號。根據(jù)兩個磁頭輸出信號的超前或滯后，可判別磁頭的移動方向。在實際使用時常將幾個到幾十個磁頭以一定的方式聯(lián)結(jié)起來，組成多間隙磁頭，如圖所示。3．檢測電路根據(jù)檢測方法不同，檢測電路分為鑒幅檢測和鑒相檢測。

鑒相檢測電路如圖所示

5.4

位置控制和速度控制位置控制根據(jù)計算機插補運算得到的位置指令，與位置檢測裝置反饋來的機床坐標軸的實際位置相比較，形成位置偏差，經(jīng)變換得到速度給定電壓。速度控制單元根據(jù)位置控制輸出的速度電壓信號和速度檢測裝置反饋的實際轉(zhuǎn)速對伺服電動機進行控制，以驅(qū)動機床傳動部件。

5.4.1位置控制位置控制的實質(zhì)是位置隨動控制，其控制原理如圖所示。實現(xiàn)位置比較的方法有：脈沖比較法、相位比較法和幅值比較法。1．脈沖比較法（1）組成

（2）原理當數(shù)控系統(tǒng)要求工作臺向一個方向進給時，經(jīng)插補運算得到一系列進給脈沖作為指令脈沖，其數(shù)量代表了工作臺的指令進給量，頻率代表了工作臺的進給速度，方向代表了工作臺的進給方向。脈沖分離電路的作用是：當加、減脈沖先后分別到來時，各自按預(yù)定的要求經(jīng)加法計數(shù)或減法計數(shù)的脈沖輸出端進入可逆計數(shù)器；若加、減脈沖同時到來時，則由硬件邏輯電路保證，先作加法計數(shù)，然后經(jīng)過幾個時鐘的延時再作減法計數(shù)，這樣可保證兩路計數(shù)脈沖信號均不丟失。2．相位比較法（1）組成相位比較法實質(zhì)是脈沖相位的比較，而不是脈沖數(shù)量上的比較。如圖所示為感應(yīng)同步器相位比較控制原理框圖。（2）原理3．幅值比較（1）組成

幅值比較是以位置檢測信號的幅值大小來反映機械位移的數(shù)值，并以此為位置反饋信號與指令信號進行比較得到位置偏差信號。幅值比較控制原理圖（2）工作原理

幅值比較控制波形總之，對于感應(yīng)同步器而言，在幅值比較時，每移動一個位移增量△X，通過變換即產(chǎn)生一定的反饋脈沖Pf，工作臺不斷移動，Pf不斷產(chǎn)生，經(jīng)脈沖比較得到偏差脈沖Pe，直至指令脈沖Pc等于反饋脈沖Pf，Pe等于零，工作臺停止在指令要求的位置上。如圖所示為從位置偏差到速度控制信號的形成過程。其中速度指令Vc=位置偏差Pe×位置增益Kv。位置增益Kv決定了速度對位置偏差的響應(yīng)程度，它反映了伺服系統(tǒng)的靈敏度。速度控制信號的形成5.4.2

速度控制速度控制也稱驅(qū)動裝置。數(shù)控機床中的驅(qū)動裝置又因驅(qū)動電動機的不同而不同。1．步進電動機驅(qū)動裝置步進電動機驅(qū)動裝置解決的第一個問題是環(huán)形分配。第二個問題是功率放大1）環(huán)形分配環(huán)形分配是用于控制步進電動機的通電方式的，其作用就是將數(shù)控裝置送來的一串指令脈沖按一定的順序和分配方式控制各相繞組的通、斷電。如圖所示為三相三拍制步進電動機的環(huán)形分配。圖5.39

硬件環(huán)形分配驅(qū)動與數(shù)控裝置的連接圖5.40

軟件環(huán)形分配驅(qū)動與數(shù)控裝置的連接2）驅(qū)動電路驅(qū)動電路的主要作用是對控制脈沖進行功率放大，以使步進電動機獲得足夠大的功率驅(qū)動負載運行（1）單電壓驅(qū)動電源如圖所示為單電壓驅(qū)動電源的基本形式。（2）雙電壓驅(qū)動電源這種電路的特點是：它采用兩套電源給電動機繞組供電，一套是高壓電源，另一套是低壓電源。下圖為恒流斬波控制為例說明雙電壓驅(qū)動電源的工作原理圖

。（3）調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動電源2．直流伺服電動機驅(qū)動裝置調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動電源（1）調(diào)速范圍調(diào)速范圍是指系統(tǒng)在額定負載時電動機的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比D，即1）調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標（2）靜差率靜差率是用額定負載時的轉(zhuǎn)速降落△ne與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比來表示，即（3）跟隨性能

如圖為輸入R（t）和的過程曲線動態(tài)跟隨過程曲線①上升時間tr：上升時間tr是輸出響應(yīng)曲線第一次上升到穩(wěn)態(tài)C（∞）所需要的時間。②超調(diào)量Mp％：系統(tǒng)輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比的百分值，稱為超調(diào)量。③調(diào)節(jié)時間ts：輸出響應(yīng)C（t）與C（∞）的差值小于等于穩(wěn)態(tài)值的±（2％～2％），且不再超出所需要的時間。④振蕩次數(shù)N：N為響應(yīng)曲線在ts時刻之前發(fā)生振蕩的次數(shù)。（4）抗干擾性能

如圖所示為一個調(diào)速系統(tǒng)在突加負載時轉(zhuǎn)速的動態(tài)響應(yīng)曲線。

突加負載后轉(zhuǎn)速的擾動響應(yīng)曲線①最大動態(tài)速度△nm：表明系統(tǒng)在突加負載后及時作出反映的能力，常以原穩(wěn)態(tài)值的百分數(shù)表示。②恢復(fù)時間tp：由擾動作用瞬間至輸出量恢復(fù)到允許范圍內(nèi)（一般取穩(wěn)態(tài)值的±2％～5％）所經(jīng)歷的時間。3．晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)直流伺服電動機是將位置環(huán)輸出的－10～＋10v作為速度控制信號Un*，通過一個控制電路，使主電路在交流電源不變的情況下，由速度控制信號Un*改變主電路輸出電壓的大小，該輸出電壓作為直流伺服電動機的電樞電壓，即可實現(xiàn)直流伺服電動機的調(diào)速。

晶閘管直流調(diào)速原理框圖1）晶閘管可控整流電路

單相全控橋式整流電路及電壓電流波形結(jié)論：控制角α在0°～90°內(nèi)，隨著α的增大，電樞電壓u的平均值下降，電樞電流ia連續(xù)；當α=90°時，u的平均值為零，電樞電流ia接近斷續(xù)；當α＞90°時，電樞電流ia很小且斷續(xù)。所以，作為整流電路，其觸發(fā)脈沖的控制角α范圍為0°～90°，每個晶閘管輪流導(dǎo)通180°。如圖所示為三相橋式反并聯(lián)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)主電路。三相橋式反并聯(lián)可逆電路環(huán)流:是在二組橋路同時工作在整流狀態(tài)時，產(chǎn)生的不經(jīng)過電動機只流過二組變流橋之間的電流。數(shù)控機床中的直流主軸電動機或進給直流伺服電動機都要求能夠正、反轉(zhuǎn)，即要求晶閘管可逆驅(qū)動。實現(xiàn)直流可逆驅(qū)動的晶閘管電路采用兩組變流橋的可逆電路，其中一組工作在電動機正轉(zhuǎn)，另一組工作在電動機反轉(zhuǎn)，俗稱四象限運行。

反并聯(lián)可逆系統(tǒng)運行原理圖電動機從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)是由圖（a）經(jīng)（b）變到（c）。電動機從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)是由圖（c）經(jīng)（d）變到（a）。在Ⅰ組橋和Ⅱ組橋切換過程中，邏輯電路要保證：①只允許向一組晶閘管提供觸發(fā)脈沖。②只有當工作的那一組晶閘管斷流后才能撤消其觸發(fā)脈沖，以防止晶閘管處于逆變狀態(tài)時，未斷流就撤銷觸發(fā)脈沖，以致出現(xiàn)逆變顛覆現(xiàn)象，造成故障。③只有當原先工作的那一組晶閘管完全關(guān)斷后，才能向另一組晶閘管提供觸發(fā)脈沖，以防止出現(xiàn)過大的電流。④任何一組晶閘管導(dǎo)通時，要防止晶閘管輸出電壓與電動機電動勢方向一致，導(dǎo)致電壓相加，使瞬時電流過大。2）控制電路控制電路的作用是：通過對速度給定電壓Un*的調(diào)節(jié)，獲得控制角α和速度給定電壓Un*成比例的觸發(fā)脈沖，用來觸發(fā)晶體管主電路，以獲得和速度給定電壓Un*成比例的電樞電壓U。為了滿足數(shù)控機床高性能的調(diào)速要求，其控制系統(tǒng)通常采用轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。如圖所示。

轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制電路框圖下面我們通過分析系統(tǒng)的大給定啟動過程來理解控制系統(tǒng)的工作原理。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在大給定階躍信號電壓Un*作用下，電動機由靜止開始啟動時，整個啟動過程可以分成了三個階段。第Ⅰ階段電流上升階段第Ⅱ階段恒流升速階段第Ⅲ階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段具體啟動過程的波形如圖所示轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的作用可歸納如下：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的作用①使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓Un*變化，保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無靜差。②對負載變化起抗干擾作用。③其輸出限幅值決定了電樞主回路的最大允許電流值Iam。電流調(diào)節(jié)器ACR的作用①對電網(wǎng)電壓波動起及時抗干擾作用。②啟動時保證獲得允許的最大電樞電流Iam。③在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電樞電流跟隨其給定電壓值變化。④當電動機過載甚止堵轉(zhuǎn)時