1、數(shù) 控 技 術(shù),湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,1,第4章 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),4.1 概述 4.2 位置檢測(cè)裝置 4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng) 4.4 交流進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制原理和方法 4.5 伺服系統(tǒng)性能分析,2,4.1 概述,進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Feed Servo System) 定義以移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 作用：是數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)部件的連接環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。 功能：接受數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的指令信號(hào)，信號(hào)經(jīng)變換和放大由執(zhí)行元件（伺服電機(jī)）將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛑本€位移，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。,3,進(jìn)給伺服系統(tǒng)(Feed Servo System) 組成般

2、由控制調(diào)節(jié)器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)反饋裝置和伺服電機(jī)四部分組成,4.1 概述,4,4.1 概述,5,1. 位置精度要高 靜態(tài)（尺寸精度）：定位精度和重復(fù)定位精度要高，即定位誤差和重復(fù)定位誤差要小。高檔數(shù)控機(jī)床微米級(jí)，超精密機(jī)床亞微米級(jí)。 動(dòng)態(tài)（輪廓精度）：跟隨精度，這是動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，用跟隨誤差表示。 靈敏度要高，有足夠高的分辯率。,4.1 概述,4.1.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求,6,2. 響應(yīng)要快 加工過程中，進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的速度要快，過渡時(shí)間要短，且無(wú)超調(diào)，這樣跟隨誤差才小。否則對(duì)機(jī)械部件不利，有害于加工質(zhì)量。 過渡過程一般應(yīng)在幾十毫秒以內(nèi)。,4.1 概述,7,3.

3、調(diào)速范圍要寬 調(diào)速范圍是指電機(jī)在額定負(fù)載時(shí)所能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。為保證在任何切削條件下都能獲得最佳的切削速度，要求進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須提供較大的調(diào)速范圍，一般調(diào)速范圍應(yīng)達(dá)到12000?，F(xiàn)有的高性能進(jìn)給伺服系統(tǒng)已具備無(wú)級(jí)調(diào)速，且調(diào)速范圍在110000以上。 速度穩(wěn)定性：指輸出速度的波動(dòng)要少，尤其是在低速時(shí)的平穩(wěn)性顯得特別重要。,4.1 概述,8,4. 工作穩(wěn)定性好 工作穩(wěn)定性是指伺服系統(tǒng)在突變指令信號(hào)或外界干擾的作用下，能夠快速的達(dá)到新平衡狀態(tài)或恢復(fù)原有平衡狀態(tài)的能力。工作穩(wěn)定性越好，機(jī)床運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性越高，工件的加工質(zhì)量就越好。 速度穩(wěn)定性：指輸出速度的波動(dòng)要少，尤其是在低速時(shí)的平穩(wěn)性

4、顯得特別重要,4.1 概述,9,5. 低速轉(zhuǎn)矩要大 在切削加工中，粗加工一般要求低進(jìn)給速度、大切削量，為此，要求進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在低速進(jìn)給時(shí)輸出足夠大的轉(zhuǎn)矩，提供良好的切削能力。 6. 能可逆運(yùn)行和頻繁靈活啟停。 7. 可靠性高,4.1 概述,10,按有無(wú)位置檢測(cè)反饋裝置分： 開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng). 2. 按驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型分： 步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、交流電機(jī)和直線電機(jī)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng).,4.1.2 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類,4.1 概述,11,1. 按有無(wú)位置檢測(cè)反饋裝置分 （1）開環(huán),采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。沒有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置 進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。但控制精度低。,

5、4.1 概述,12,1. 按有無(wú)位置檢測(cè)反饋裝置分,采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。位置采樣是從伺服電機(jī)引出，不是直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置，采用旋轉(zhuǎn)角度傳感器。精度比閉環(huán)差，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于調(diào)整，穩(wěn)定性好。廣泛用于中小型數(shù)控設(shè)備。,（2）半閉環(huán),4.1 概述,13,（3）閉環(huán),采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。位置檢測(cè)裝置裝在工作臺(tái)上，可直接測(cè)量工作臺(tái)實(shí)際位移。將所有傳動(dòng)部分都包含在控制環(huán)之內(nèi)，可消除機(jī)械系統(tǒng)引起的誤差。精度高于半閉環(huán)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制較難，成本高，調(diào)試和維修困難。適用于大型或高檔數(shù)控機(jī)床,4.1 概述,14,光柵尺,光柵尺,4.1 概述,15,2. 按驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型分： （1）步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。進(jìn)電機(jī)

6、將進(jìn)給指令信號(hào)變換為具有一定方向、大小和速度的機(jī)械角位移，通過齒輪和絲杠螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。 特點(diǎn)：在大負(fù)載和速度較高的情況下容易失步、能耗大、速度低、精度較差。 應(yīng)用：故主要用于速度和精度要求不太高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和舊機(jī)床改造。,4.1 概述,16,2. 按驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型分： （2）直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 特點(diǎn)：有良好的寬調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)。在上世紀(jì)70年代和80年代初，數(shù)控機(jī)床多采用直流電機(jī)伺服系統(tǒng)。但直流伺服電機(jī)由于具有電刷和機(jī)械換向器，使結(jié)構(gòu)與體積受限制，現(xiàn)已基本被交流伺服電機(jī)取代。,4.1 概述,17,2. 按驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型分： （3）交流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。常永磁同步

7、伺服電機(jī)。 特點(diǎn)：相對(duì)于直流伺服電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、慣量小、響應(yīng)速度快、效率高等特點(diǎn)。 應(yīng)用：它更適應(yīng)大容量、高速加工的要求。,交流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)中已逐漸取代了直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。,4.1 概述,18,2. 按驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型分： （4）直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，取消了電機(jī)和工作臺(tái)之間的一切中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，形成了所謂的“直接驅(qū)動(dòng)”或“零傳動(dòng)”。 特點(diǎn)：克服了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式中傳動(dòng)環(huán)節(jié)帶來(lái)的缺點(diǎn)，顯著提高了機(jī)床的動(dòng)態(tài)靈敏度、加工精度和可靠性。,4.1 概述,19,課后思考,1. 開、閉環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)的組成；比較開、閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的特性。 2. 查閱資料，對(duì)步進(jìn)

8、進(jìn)給系統(tǒng)、交流同步伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)的的特點(diǎn)與性能進(jìn)行比較。,20,第4章 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),4.1 概述 4.2 位置檢測(cè)裝置 4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng) 4.4 交流進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制原理和方法 4.5 伺服系統(tǒng)性能分析,21,4.2 位置檢測(cè)裝置,位置檢測(cè)裝置： 檢測(cè)位移（線位移或角位移）和速度，反饋至數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動(dòng)器，構(gòu)成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)閉環(huán)或半閉環(huán)控制，使工作臺(tái)按指令路徑精確地移動(dòng)。 （1）組成：檢測(cè)元件（傳感器）和信號(hào)處理裝置。 （2）常用檢測(cè)裝置：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、編碼器、光柵、磁柵等,22,（3） 精度：系統(tǒng)精度、分辨率,系統(tǒng)精度：一定范圍內(nèi)測(cè)量累積誤差最大值。 直線位測(cè)

9、量精度：0.0020.02m； 回轉(zhuǎn)角測(cè)量精度：5360 系統(tǒng)分辨率：能正確檢測(cè)的最小位移量。 直線位移分辨率：1m，高精度0.1m； 回轉(zhuǎn)分辨率：可達(dá)2(0.087)。 大型機(jī)床：速度為主； 中小型機(jī)床、高精度機(jī)床：精度為主。,數(shù)控機(jī)床加工精度主要由檢測(cè)系統(tǒng)精度決定。,4.2 位置檢測(cè)裝置,23,（4）安裝位置,半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床 旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等。安裝在電機(jī)或絲杠上，測(cè)量電機(jī)或絲杠的角位移間接測(cè)量工作臺(tái)的直線位移。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床 感應(yīng)同步器、光柵、磁柵等，安裝在工作臺(tái)和導(dǎo)軌上，直接測(cè)量工作臺(tái)的直線位移。,4.2 位置檢測(cè)裝置,24,（5）數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求,受溫度、濕

10、度影響小，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng) 在機(jī)床移動(dòng)范圍內(nèi)滿足精度和速度要求 使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境 成本低 易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量。,4.2 位置檢測(cè)裝置,25,4.2.1位置檢測(cè)裝置分類,4.2 位置檢測(cè)裝置,26,（1）增量式與絕對(duì)式,增量式檢測(cè)方式 功能：測(cè)量增量，移動(dòng)1個(gè)測(cè)量單位發(fā)出1個(gè)測(cè)量信號(hào)。 如：測(cè)量單位為0.001mm，每移動(dòng)0.001mm發(fā)出1個(gè)脈沖信號(hào)，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)得到位移量。 優(yōu)點(diǎn)：裝置較簡(jiǎn)單，任何一個(gè)對(duì)中點(diǎn)均可作測(cè)量起點(diǎn)； 缺點(diǎn)：一旦計(jì)數(shù)有誤，此后測(cè)量結(jié)果全錯(cuò)；發(fā)生故障（如斷電、斷刀等）時(shí)不能找到事故前的位置，須將工作臺(tái)移至起點(diǎn)重新計(jì)數(shù)。,增量式檢測(cè)裝置：有脈沖編碼器，

11、旋轉(zhuǎn)變壓器，感應(yīng)同步器，光柵，磁柵，激光干涉儀等,4.2 位置檢測(cè)裝置,27,絕對(duì)式檢測(cè)方式 功能：被測(cè)量的任一點(diǎn)的位置都以一個(gè)固定的零點(diǎn)作基準(zhǔn)，每一被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的對(duì)零點(diǎn)的測(cè)量值。 優(yōu)點(diǎn)：避免了增量式檢測(cè)方式的缺陷 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 絕對(duì)式檢測(cè)裝置：有絕對(duì)式脈沖編碼器、三速式絕對(duì)編碼器（或稱多圈式絕對(duì)編碼器）等,4.2 位置檢測(cè)裝置,28,（2）數(shù)字式與模擬式,數(shù)字式測(cè)量方式 以數(shù)字形式表示被測(cè)量，測(cè)量信號(hào)一般為脈沖，可直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。 特點(diǎn)： 便于顯示、處理； 測(cè)量精度取決于測(cè)量單位，與量程基本無(wú)關(guān)（存在累加誤差） 檢測(cè)裝置簡(jiǎn)單，脈沖信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。,4.2 位

12、置檢測(cè)裝置,29,模擬式測(cè)量方式 用連續(xù)的變量表示被測(cè)量，如用相位變化、電壓變化表示。 特點(diǎn)： 直接對(duì)被測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)； 在小量程內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量； 可用于直接檢測(cè)和間接檢測(cè)。,6.1 概述,4.2 位置檢測(cè)裝置,30,（3）直接測(cè)量與間接測(cè)量,6.1 概述,直接測(cè)量 用直線式檢測(cè)裝置測(cè)直線位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)控制。 對(duì)機(jī)床的直線位移采用直線型檢測(cè)裝置測(cè)量。 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度取決于測(cè)量元件的精度，不受機(jī)床傳動(dòng)精度的影響。 缺點(diǎn)：檢測(cè)裝置要與行程等長(zhǎng)，對(duì)大型數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很大的限制。,4.2 位置檢測(cè)裝置,31,間接測(cè)量 檢測(cè)裝置測(cè)量只是中間值，再由它推算出與之

13、關(guān)聯(lián)的位移量，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋。 對(duì)機(jī)床的直線位移采用回轉(zhuǎn)型檢測(cè)裝置測(cè)量，稱為間接測(cè)量。 優(yōu)點(diǎn)：使用可靠方便，無(wú)長(zhǎng)度限制， 缺點(diǎn)：檢測(cè)信號(hào)中加入了直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，影響檢測(cè)精度。為提高定位精度，常需要對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。,4.2 位置檢測(cè)裝置,32,4.2.2 編碼器,編碼器：將測(cè)量的角位移以編碼的形式輸出的位置檢測(cè)裝置，屬于間接測(cè)量的數(shù)字式檢測(cè)裝置。 輸出信號(hào)的形式：絕對(duì)式、脈沖增量式 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式：接觸式、光電式、電磁式。,4.2 位置檢測(cè)裝置,33,安裝方式 1）與伺服電機(jī)同軸聯(lián)接，編碼器在進(jìn)給傳動(dòng)鏈前端；安裝方便； 2）連在滾珠絲杠末端，包含的

14、傳動(dòng)鏈誤差比前者多，位置控制精度較高。,4.2 位置檢測(cè)裝置,34,1. 增量式光電編碼器,（1）結(jié)構(gòu),4.2 位置檢測(cè)裝置,35,（2）原理,將機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖,4.2 位置檢測(cè)裝置,36,A,B,90,Z,碼盤轉(zhuǎn)一圈,光敏元件把此光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過信號(hào)處理裝置的整形、放大等處理后輸出。 輸出的波形有六路：,4.2 位置檢測(cè)裝置,37,輸出信號(hào)的作用及其處理 A、B兩相的作用：,根據(jù)脈沖數(shù)目可測(cè)角位移 根據(jù)脈沖頻率可得軸的轉(zhuǎn)速 根據(jù)A、B兩相的相位超前滯后關(guān)系可判斷被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)方向,4.2 位置檢測(cè)裝置,38,后續(xù)電路可利用A、B兩相的90相位差進(jìn)行四倍頻細(xì)分處理，提高分辨率。,4.2

15、 位置檢測(cè)裝置,39,（3）增量式碼盤的規(guī)格及分辨率,規(guī)格,分辨率,增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)。市場(chǎng)上提供的規(guī)格從 36線 / 轉(zhuǎn) 到10萬(wàn)線 /轉(zhuǎn) 都有。最大達(dá)1600萬(wàn)線（禁運(yùn)）。,選擇原則,伺服系統(tǒng)要求的分辨率；,考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。整數(shù)原則。,4.2 位置檢測(cè)裝置,40,2 . 絕對(duì)式光電編碼器,每一位置均由唯一對(duì)應(yīng)的編碼輸出 電源切除后位置信息不會(huì)丟失 數(shù)控機(jī)床無(wú)需執(zhí)行回參考點(diǎn)操作就能直接提供當(dāng)前的位置值，沒有累積誤差,特點(diǎn)：,4.2 位置檢測(cè)裝置,41,（1）結(jié)構(gòu)和工作原理,碼盤基片上有多圈碼道，且每碼道的刻線數(shù)相等 對(duì)應(yīng)每圈都有光電傳感器 輸出信號(hào)的路數(shù)與碼

16、盤圈數(shù)成正比 檢測(cè)信號(hào)按某種規(guī)律編碼輸出，故可測(cè)得被測(cè)軸的周向絕對(duì)位置,4.2 位置檢測(cè)裝置,42,（2）絕對(duì)編碼盤的編碼方式及其特點(diǎn),二進(jìn)制編碼： 特點(diǎn)：編碼循序與位置循序相一致，但可能產(chǎn)生非單值性誤差。 缺點(diǎn)：在1100和1011的交界處，可能會(huì)出現(xiàn)二義： 1111 0000 導(dǎo)致較大的誤差。,4.2 位置檢測(cè)裝置,43,格雷碼（循環(huán)碼） 特點(diǎn)：任何兩個(gè)編碼之間只有一位是變化的，因而可把誤差控制在最小單位上。但編碼與位置循序無(wú)直接規(guī)律 優(yōu)點(diǎn)：最大誤差為一個(gè)分辨率。,4.2 位置檢測(cè)裝置,44,格雷碼的編碼方法 從二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換而來(lái)的，轉(zhuǎn)換規(guī)則為： 將二進(jìn)制碼與其本身右移一位后并舍去末位的數(shù)碼

17、作不進(jìn)位加法，得出的結(jié)果即為格雷碼(循環(huán)碼)。 例： 將二進(jìn)制碼0101轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的格雷碼,4.2 位置檢測(cè)裝置,45,（3）絕對(duì)式編碼器的規(guī)格及分辨率,規(guī)格,分辨率,絕對(duì)式碼盤的規(guī)格與碼盤碼道數(shù) n 有關(guān)； 現(xiàn)在市場(chǎng)上提供從 4 道到27道都有。（23道以上禁運(yùn)）,選擇原則 伺服系統(tǒng)要求的分辨率； 考慮機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)。,4.2 位置檢測(cè)裝置,46,3. 編碼器的信號(hào)傳輸方式,（1）傳輸對(duì)象：伺服電機(jī)、數(shù)控裝置 （2）傳輸方式：并行或串行 并行傳輸：每位數(shù)據(jù)需要一根數(shù)據(jù)電纜線。 特點(diǎn)：僅適用于短距離傳輸和特殊要求的場(chǎng)合。 串行傳輸：通過一根雙絞線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，分為單工、半雙工和全雙工，同步

18、串行通信或異步串行通信。 特點(diǎn)：用線少、成本低、傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)安全可靠。應(yīng)用于遠(yuǎn)距離傳輸和高精密的場(chǎng)合。,4.2 位置檢測(cè)裝置,47,并行傳輸,增量式編碼器的數(shù)據(jù)輸出多以并行傳輸方式為主。輸出信號(hào)通常有A、/A、B、/B和C、/C六路信號(hào)，有些還輸出U、V、W三路信號(hào)，用于電機(jī)矢量控制中電樞初始角度的計(jì)算。,4.2 位置檢測(cè)裝置,48,串行傳輸,絕對(duì)式編碼器多以同步串行傳輸方式為主。串行傳輸?shù)姆绞胶芏啵缘聡?guó)海德漢公司的全雙工同步串行EnDat為例，有EnDat2.1和EnDat2.2兩個(gè)版本。 EnDat2.2不僅能為增量式和絕對(duì)式編碼器傳輸位置值，同時(shí)還能夠傳輸附加信息值或更新存儲(chǔ)在編碼

19、器中的信息，或保存新的信息，具有效率更高、速度更快（時(shí)鐘頻率16 MHz）。,4.2 位置檢測(cè)裝置,49,4 . 編碼器的選擇,（1）電源。常用的編碼器電源有5V、12V、24V幾種類型。 （2）機(jī)械允許轉(zhuǎn)速。取決于編碼器測(cè)量系統(tǒng)處理時(shí)間、分辨率和結(jié)構(gòu)尺寸，處理時(shí)間越短，尺寸越小，機(jī)械允許轉(zhuǎn)速越高。 （3）分辨率。應(yīng)根據(jù)測(cè)量精度要求選擇編碼器分辨率，綜合考慮性價(jià)比。 （4）輸出信號(hào)類型。類型決定后續(xù)接收電路。 （5）使用環(huán)境 。,4.2 位置檢測(cè)裝置,50,根據(jù)測(cè)量對(duì)象分： 直線光柵（測(cè)量直線位移）和圓光柵（測(cè)量角位移） 根據(jù)用途和材質(zhì)分：玻璃透射光柵、金屬反射光柵。 根據(jù)刻度方法及信號(hào)輸出形

20、式分： 絕對(duì)式光柵和增量式光柵。,光柵：是利用光的透射、衍射現(xiàn)象制成的光電檢測(cè)裝置，用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)部件的直線位移和角位移。,4. 2. 3 光柵,1. 光柵的種類,4.2 位置檢測(cè)裝置,51,（1）直線光柵,玻璃透射光柵：在玻璃表面上用真空鍍膜法鍍一層金屬膜，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。 特點(diǎn)： 光源可采用垂直入射，光電元件直接接受光信號(hào)，因此信號(hào)幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單； 一般為100、125、250條/mm，經(jīng)過電路細(xì)分，可做到微米級(jí)的分辨率。,4.2 位置檢測(cè)裝置,52,金屬反射光柵：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

21、用4、10、25、40、50條/mm ，分辨率低。 特點(diǎn)： 標(biāo)尺光柵的線膨脹系數(shù)易于與機(jī)床材料一致； 標(biāo)尺光柵的安裝和調(diào)整較方便； 安裝面積較??； 易于接長(zhǎng)或制成整根的鋼帶長(zhǎng)光柵； 不易碰碎。,4.2 位置檢測(cè)裝置,53,直線光柵的結(jié)構(gòu) 由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭（即指示光柵）兩部分組成。光柵讀數(shù)頭中有光源、透鏡、掃描光柵、光電池和信號(hào)處理電路等。,4.2 位置檢測(cè)裝置,54,（2）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，相互間夾角（柵距角）相等。,根據(jù)不同使用要求，在圓周上的條紋數(shù)不同。一般有3種形式。 六十進(jìn)制，如10800、21600、32400、64800等； 十進(jìn)制，如

22、1000、2500、5000等 二進(jìn)制，如512、1024、2048等,4.2 位置檢測(cè)裝置,55,（3）絕對(duì)式直線光柵尺 利用光電轉(zhuǎn)換原理將運(yùn)動(dòng)部件位置值以編碼形式輸出，每個(gè)位置均有唯一對(duì)應(yīng)代碼輸出。 有兩條刻線軌道增量軌和絕對(duì)軌。絕對(duì)軌用于確定運(yùn)動(dòng)部件位置值信息，條紋一般采用復(fù)雜的排列算法，如偽隨機(jī)編碼方式等，以提高數(shù)據(jù)容量和安全性。增量軌條紋為等距條紋，用于信號(hào)細(xì)分，提供更高分辨率的信號(hào)。精度可達(dá)3 m/m，分辨率可達(dá)5 nm,4.2 位置檢測(cè)裝置,56,（4）增量式直線光柵尺 利用光電轉(zhuǎn)換原理將位移的增量值以脈沖形式輸出，通過對(duì)脈沖計(jì)數(shù)從而計(jì)算出位移值和位置值。 有兩條刻線軌道增量軌和

23、參考點(diǎn)軌。增量軌條紋進(jìn)行位移量的計(jì)算。參考點(diǎn)軌用于回零操作。,4.2 位置檢測(cè)裝置,57,4.2 位置檢測(cè)裝置,2. 光柵的工作原理,（1）成像掃描。透射光生成位置測(cè)量信號(hào)。指示光柵和標(biāo)尺光柵的光線投射到規(guī)則排列的光電池上。當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，光電池接收到的光強(qiáng)不斷變化，產(chǎn)生近似正弦變化的周期電信號(hào)。,58,（2）干涉掃描。利用精密光柵的衍射和干涉形成位置測(cè)量信號(hào)。,4.2 位置檢測(cè)裝置,59,4.2 位置檢測(cè)裝置,60,放大比k為 ：,若d=0.01mm，0.01rad，則w1mm，k100,莫爾條紋特性： 光學(xué)放大作用,4.2 位置檢測(cè)裝置,61,3. 光柵測(cè)量系統(tǒng),（1）4倍

24、頻細(xì)分及辯向,4.2 位置檢測(cè)裝置,62,（2）電子細(xì)分,根據(jù)細(xì)分原理可分為幅值細(xì)分和鑒相細(xì)分。電子細(xì)分電路要求光柵輸出信號(hào)為一組頻率和幅值相同、相位相差90度的正弦波信號(hào)。,電阻鏈移相細(xì)分 電阻鏈移相細(xì)分屬于幅值細(xì)分。將兩個(gè)相位不同的交變信號(hào)施加在電阻鏈兩端，由于電壓合成的移相作用，在電阻鏈的各電阻抽頭上將得到幅值和相位各不相同的一系列移相信號(hào)，再用鑒零器對(duì)它進(jìn)行鑒幅、整形，便可在莫爾條紋一周期內(nèi)得到若干個(gè)脈沖信號(hào)而達(dá)到細(xì)分的目的。,4.2 位置檢測(cè)裝置,63,應(yīng)用疊加原理，接點(diǎn)處輸出電壓：,4.2 位置檢測(cè)裝置,64,以上是在0至90第一象限的情況。第二至第四象限可采取同樣方法。 當(dāng)增加多

25、個(gè)電阻時(shí)，可以構(gòu)成如圖所示串聯(lián)電阻移相橋，它共有16個(gè)輸出端，實(shí)現(xiàn)16倍細(xì)分。各點(diǎn)輸出電壓信號(hào)經(jīng)比較器整形為方波，然后經(jīng)邏輯電路處理即可實(shí)現(xiàn)細(xì)分。,4.2 位置檢測(cè)裝置,65,鑒相式細(xì)分 通過信號(hào)的相位差來(lái)模擬光柵系統(tǒng)的位移，然后對(duì)信號(hào)的相位差進(jìn)行細(xì)分。,4.2 位置檢測(cè)裝置,66,4.2.4 旋轉(zhuǎn)變壓器,旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微電機(jī)檢測(cè)裝置，主要用于半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作靈敏、工作可靠、對(duì)環(huán)境條件要求低（特別是高溫、高粉塵地方）、輸出信號(hào)幅度大、抗干擾能力強(qiáng)。 缺點(diǎn)：信號(hào)處理比較復(fù)雜。 分類： 按有無(wú)電刷分：接觸式和無(wú)接觸式兩種 按極對(duì)

26、數(shù)分：?jiǎn)螌?duì)極和多對(duì)極,4.2 位置檢測(cè)裝置,67,1. 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu),與兩相繞線式異步電機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成，是一種旋轉(zhuǎn)式的小型交流電機(jī)。 定子繞組通過固定在殼體上的接線柱直接引出。轉(zhuǎn)子繞組有兩種不同的引出方式。根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組兩種不同的引出方式，旋轉(zhuǎn)變壓器分為有刷式和無(wú)刷式兩種結(jié)構(gòu)形式。,4.2 位置檢測(cè)裝置,68,（1）有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器 轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷直接引出。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小 缺點(diǎn)：電刷與滑環(huán)是機(jī)械滑動(dòng)接觸的，所以旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性差，壽命也較短。,4.2 位置檢測(cè)裝置,69,（2）無(wú)刷式旋轉(zhuǎn)變壓器 由本體和附加變壓器組成。 附加變壓器原、副邊鐵心及線圈成環(huán)形，分別固

27、定于轉(zhuǎn)子軸和殼體上，徑向留有一定的間隙。 本體的轉(zhuǎn)子繞組與附加變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(hào)，即轉(zhuǎn)子繞組中的電信號(hào)，通過電磁耦合，經(jīng)附加變壓器副邊線圈間接地送出。,4.2 位置檢測(cè)裝置,70,無(wú)刷式旋轉(zhuǎn)變壓器避免了電刷與滑環(huán)之間的不良接觸造成的影響，提高了旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性及使用壽命，但其體積、質(zhì)量、成本均有所增加。,4.2 位置檢測(cè)裝置,71,2. 旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理,旋轉(zhuǎn)變壓器利用繞組間的互感原理。當(dāng)定子加上一定頻率的激磁電壓時(shí)，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其輸出電壓的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組軸線在空間的相對(duì)位置。,2k 1sin U2 nUm sint

28、 sin,4.2 位置檢測(cè)裝置,72,Um激磁電壓幅值 n繞組匝數(shù)比 轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角,定子繞組勵(lì)磁電壓：,轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)：,4.2 位置檢測(cè)裝置,73,（1）鑒相工作方式 定子的兩個(gè)繞組通同幅值、頻率，但相位差/2的交流激磁電壓。 U1sUmsint U1cUm（sint+/2）Umcost 轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)： 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓U2,3. 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作方式,4.2 位置檢測(cè)裝置,74,U2kUmsintsinkUmcostcos =kUmcos（t-） Um激磁電壓幅值； k電磁耦合系數(shù)，k1； 相位角，即：轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角。 轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)： U2kUmcos（t+）,相位角的測(cè)量： 轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角t+

29、和間有對(duì)應(yīng)關(guān)系，檢測(cè)出t+ ，可得 （被測(cè)軸角位移）。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，把定子余弦繞組激磁電壓的相位t作為基準(zhǔn)相位，與t+比較，確定大小。,4.2 位置檢測(cè)裝置,75,（2）鑒幅工作方式 定子的兩個(gè)繞組分別通同頻率、同相位、幅值分別按正弦、余弦變化的交流激磁電壓，即 ： U1sUmsinsint U1c= Umcos sint 若電氣角一定，交流激磁電壓的幅值分別為 UsmUmsin UcmUmcos,轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時(shí)：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓U2為： U2kUmsinsintsink Umcossintcos kUmcos（）sint,4.2 位置檢測(cè)裝置,76,轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓U2為： U2kUmcos（

30、） sint U2的幅值分別為:kUmcos（）、kUmcos（）幅值隨轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角變化。測(cè)量出幅值可測(cè)出 。,若電氣角已知，測(cè)出U2幅值kVmsin（）便能求出角。實(shí)際測(cè)量時(shí)，不斷調(diào)整 ，使kVmsin（）=0。的變化量代表了對(duì)應(yīng)的位移量變化，測(cè)得機(jī)械位移。,4.2 位置檢測(cè)裝置,77,4.2.5 位置檢測(cè)裝置的選擇原則,（1）分辨率：微米、納米（2）傳動(dòng)系統(tǒng)及參數(shù)：直線、圓周運(yùn)動(dòng)、分辨率為整數(shù)（3）負(fù)載慣量：大、中、低（4）運(yùn)動(dòng)速度、精度（5）環(huán)境要求：密封、溫度、震動(dòng)等（6）成本,4.2 位置檢測(cè)裝置,78,課后思考,1. 編碼器、光柵的工作原理，以及輸出的信號(hào)方式。 2. 查閱資料，收集

31、至少3個(gè)生產(chǎn)商的編碼器與光柵產(chǎn)品，讀懂相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，并能確定其應(yīng)用場(chǎng)合。,79,第4章 進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),4.1 概述 4.2 位置檢測(cè)裝置 4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng) 4.4 交流進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制原理和方法 4.5 伺服系統(tǒng)性能分析,80,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),CNC裝置發(fā)出的位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給或快速運(yùn)動(dòng). 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成： 驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。 進(jìn)給電機(jī)的類型： 步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和直線電機(jī)。,81,4.3.1 步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)器每向步進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一

32、個(gè)角度，稱為步距角，通過齒輪和絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。 步進(jìn)式進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度與電脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動(dòng)速度與電脈沖信號(hào)的頻率成正比。,優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)具有自鎖能力； 每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，理論上說(shuō)步距誤差不會(huì)累積。 缺點(diǎn)： 在大負(fù)載和速度較高的情況下容易失步，能耗較大。,應(yīng)用：步進(jìn)電機(jī)的速度不高，在脈沖當(dāng)量為1m/脈沖時(shí)，最高移動(dòng)速度為2m/min，主要用于速度和精度要求不太高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和舊機(jī)床改造。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),82,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),83,1. 步進(jìn)電機(jī)分類：常見的分類方式有按相數(shù)、按產(chǎn)生力矩的原理、按輸出力矩的大小和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類,

33、按相數(shù)分：有三相、四相、五相、六相等。相數(shù)越多，步距角越小，輸出轉(zhuǎn)矩越大，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。通電方式采用m相m拍、雙m拍和m相2m拍等。 按力矩產(chǎn)生的原理分：有反應(yīng)式、永磁反應(yīng)式和混合式三類。 按輸出力輸出力矩的大小分：快速步進(jìn)電機(jī)（0.07Nm4Nm）和功率步進(jìn)電機(jī)（5 Nm50 Nm）兩類。 按結(jié)構(gòu)分類：有軸向分相式（即多段式）和徑向分相式（即單段式）。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),84,2. 步進(jìn)電機(jī)工作原理 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的定子上有磁極，每個(gè)磁極上有激磁繞組，轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，有周向均布的齒，依靠磁極對(duì)齒的吸合工作。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),85,兩個(gè)相對(duì)的磁極組成一相。,注意：這里的“相”和三相

34、交流電中的“相”的概念不同。步進(jìn)電機(jī)通的是電脈沖，主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),86,步進(jìn)電機(jī)的工作方式(通電順序)可分為： 三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。,1）三相單三拍：,三相繞組聯(lián)接方式：Y 型,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),87,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),88,7.2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),三相單三拍的工作特點(diǎn)：,每來(lái)一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 30； 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序； 每次定子繞組只有一相通電，在切換瞬間失去自鎖轉(zhuǎn)矩，容易產(chǎn)生失步； 只有一相繞組產(chǎn)生力矩吸引轉(zhuǎn)子，在平衡位置易產(chǎn)生振蕩 。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),89,2）三相六拍工

35、作方式 通電順序?yàn)椋?AABBBCCCAA（逆時(shí)針） AACCBCBCAA（順時(shí)針）,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),90,三相六拍工作特點(diǎn)： 每步轉(zhuǎn)過15，步距角是三相三拍工作方式的一半， 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中始終有一相定子繞組通電，運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。,3）雙三拍工作方式 定子繞組通電順序： ABBCCAAB（轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)） ACBCCA（轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)） 有兩對(duì)磁極同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子的兩對(duì)齒進(jìn)行吸引，每步仍旋轉(zhuǎn)30。 雙三拍工作特點(diǎn)：始終有一相定子繞組通電，工作比較平穩(wěn)。避免了單三拍通電方式的缺點(diǎn)。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),91,3. 步進(jìn)電機(jī)實(shí)際結(jié)構(gòu)： 轉(zhuǎn)子齒數(shù)很多，齒數(shù)越多，步距角越小。定子磁極上的齒的齒距與轉(zhuǎn)子

36、的齒距相同，但各極的齒依次與轉(zhuǎn)子的齒錯(cuò)開齒距的1m（m電機(jī)相數(shù)）。,每次定子繞組通電狀態(tài)改變時(shí)，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)過齒距的1m（如三相三拍）或12m（如三相六拍）達(dá)到新的平衡位置。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),92,若轉(zhuǎn)子40個(gè)齒，通電為三相三拍方式。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒與A相定子齒對(duì)齊時(shí)，轉(zhuǎn)子齒與B相定子齒相差（3），與C相定子齒相差（6）。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),93,每給一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度的理論值。,4. 步進(jìn)電機(jī)的主要特性 1）步距角,m定子相數(shù)；z轉(zhuǎn)子齒數(shù)；k通電系數(shù)， m相m拍，k1；m相2m拍，k2。,一般很小，如：31.5，1.50.75，0.720.36等,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),94,

37、靜態(tài)：步進(jìn)電機(jī)處于通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子處在不動(dòng)狀態(tài)。 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mj ：在電機(jī)軸上施加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩M，轉(zhuǎn)子會(huì)在載荷方向上轉(zhuǎn)過一個(gè)角度（失調(diào)角），轉(zhuǎn)子因而受到一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩Mj的作用與負(fù)載平衡。,2）靜態(tài)矩角特性,矩角特性：步進(jìn)電機(jī)單相通電的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mj隨失調(diào)角的變化曲線。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),95,4.3.2 交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng),伺服驅(qū)動(dòng)的發(fā)展歷程： 步進(jìn)電機(jī)直流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī) 旋轉(zhuǎn)式電機(jī)直線電機(jī) 理由：閉環(huán)提高精度。 直流伺服電機(jī)調(diào)速方便，90年代以前（交流在性能成本方面不占優(yōu)）大量使用。但直流伺服電機(jī)的容量小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有電刷、體積大和重量重，因此，其應(yīng)用受到限制。隨著交流伺服驅(qū)動(dòng)性價(jià)比提

38、高，交流伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)已漸漸取代了直流伺服電機(jī)。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),96,1. 交流伺服電機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)及工作原理,（1） 交流伺服電機(jī)的種類及特點(diǎn) 交流伺服電機(jī)有同步型和異步型兩大類。異步型交流電機(jī)指的是交流感應(yīng)電機(jī)。同步型交流電機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同可分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。數(shù)控機(jī)床中多用永磁式同步電機(jī)。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),97,永磁式同步電機(jī)： 優(yōu)點(diǎn)：比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積約小1/2，質(zhì)量減輕60，轉(zhuǎn)子慣量可減小到1/5、 效率高。 缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)特性欠佳、控制復(fù)雜 應(yīng)用：進(jìn)給驅(qū)動(dòng),異步型交流伺服電機(jī)： 優(yōu)點(diǎn)：與同容量的直流電機(jī)相比

39、重量輕（1/2），價(jià)格便宜(1/3)； 缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)速受負(fù)載的變化影響較大，不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速，效率較低、功率因數(shù)低 應(yīng)用：主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),98,（2）交流永磁同步電機(jī)的工作原理與特性,結(jié)構(gòu)：電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和檢測(cè)元件組成。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),99,nrns60f1p ns同步轉(zhuǎn)速， 轉(zhuǎn)子磁極的軸線與定子磁極的軸線夾角， nr轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速， f1交流電源頻率（定子供電頻率）， p定子和轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù),通過調(diào)節(jié)頻率和極對(duì)數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),100,U1 定子每相相電壓；E1 定子每相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； N1 定子每相繞組匝數(shù)； K1 定子每相

40、繞組匝數(shù)系數(shù)； 每極氣隙磁通量；Tm電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩； Ia 轉(zhuǎn)子電樞電流； 轉(zhuǎn)子電樞電流的相位角。,2. 交流同步電機(jī)的變頻調(diào)速原理,交流電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方程、轉(zhuǎn)矩方程：,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),101,在變頻調(diào)速的同時(shí)，要求供電電壓也隨之變化，即滿足U1/ f1為定值，以確保磁通量不變。 因?yàn)樽冾l調(diào)速時(shí)，當(dāng)U1不變，增加頻率f1，則磁通量減小，導(dǎo)致電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Tm下降。電機(jī)負(fù)載能力降低；若減小頻率f1，磁通量增加，定子電流上升，導(dǎo)致鐵損增加。,7.4 交流伺服電機(jī)及其速度控制系統(tǒng),變頻調(diào)速控制方式： 基頻以下調(diào)速當(dāng)電機(jī)在f1的額定參數(shù)下運(yùn)行時(shí)，供電頻率低于額定值。 基頻以上調(diào)速當(dāng)電機(jī)在f1的額定參

41、數(shù)上運(yùn)行時(shí)，供電頻率高于額定值。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),102,3交流同步伺服電機(jī)的變頻器 變頻器將交流恒壓恒頻的供電電源轉(zhuǎn)變?yōu)樽儔鹤冾l的供電電源。 （1）變頻器類型 變頻器可分為交交變頻器（直接變頻器）和交直交變頻器（間接變頻器）兩種。 應(yīng)用最多的是交直交變頻器。 根據(jù)變頻電源的性質(zhì)，又可分為電壓源變頻器和電流源變頻器。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),103,交交變頻： 利用可控硅整流器直接將工頻交流電（頻率50Hz）變成頻率較低的脈動(dòng)交流電，正組輸出正脈沖，反組輸出負(fù)脈沖，脈動(dòng)交流電的基波就是所需的變頻電壓。 該方法所得的交流電波動(dòng)比較大，且最大頻率即為變頻器輸入的工頻電壓頻率。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),104,交直交變頻： 先將交流電整流成直流電，然后將直流電壓變成矩形脈沖波電壓，矩形脈沖波的基波是所需的變頻電壓。 該調(diào)頻方式所得交流電的波動(dòng)小，調(diào)頻范圍比較寬，調(diào)節(jié)線性度好。,4.3 進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng),105,（2）正弦波脈沖調(diào)制（SPWM）逆變器 脈寬調(diào)制（PWM）變頻是通過脈沖信號(hào)控制逆變器開關(guān)元件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間比（即調(diào)節(jié)脈沖