数控机床伺服系统资料课件.ppt

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1、6数控机床伺服系统6.1概述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。.定义：进给伺服系统(FeedServoSystem)——以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。2.进给伺服系统的作用接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置作一定的转换和放

2、大后，经伺服电机和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。如把数控装置比作数控机床“大脑”，是发布“命令”的指挥机构，则伺服系统就是数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机构。3.组成图6.1数控机床伺服系统结构4.对进给伺服系统的基本要求：①高精度②稳定性好。③快速响应，无超调。④低速大转矩。机床加工的特点是在低速时进行重切削。⑤调速范围宽。6.2开环控制系统与步进电机驱动电路1开环控制系统的构成。2步进电机步进电

3、机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机。1)反应式步进电机的结构定子转子定子绕组ABC定子转子3.步进电机的工作原理4.步进电机的主要技术性能指标1)步距角2)最大静转矩Tjmax3)空载启动(突跳)频率fq4)启动矩频特性5)空载运行频率fmax6)运行矩频特性图6.6步进电机的失调角及矩角特性图6.790BF001型步进电机的启动矩频特性图6.890BF001型步进电机的运行矩频特性5.步进电机的驱动电路(1)环形分配器图6.9三相六拍方式通电的环形分配器(2)功率放大器1)单电压驱动电路2)高低压驱动电路3)斩波驱动电路图

4、6.10单电压驱动电路图6.11高低压驱动电路图6.12斩波驱动电路6.3闭环伺服系统与反馈比较形式6.3.1闭环伺服进给系统与半闭环伺服进给系统图6.13闭环伺服进给系统原理6.3.2数字脉冲比较伺服系统图6.14半闭环伺服进给系统原理图6.15数字脉冲比较系统的构成图6.16转换器的形式图6.17数字脉冲比较器的构成原理(1)数字脉冲比较系统的构成(2)数字脉冲比较系统的工作原理(3)主要功能部件1)数字脉冲-数码转换器2)比较器6.3.3相位比较伺服系统(1)相位比较伺服系统的构成及工作原理(2)鉴相器鉴相器又称相位比较器，它的作用是鉴别指

5、令信号与反馈信号之间的相位差，把它变成一个带极性的误差电压信号作为速度单元的输入信号。图6.18相位比较伺服系统的方框图6.3.4幅值比较伺服系统(1)幅值比较伺服系统的组成图6.19触发器鉴相器图6.20幅值伺服系统的组成框图图6.21测量元件及信号处理线路的框图图6.22解调器(鉴幅器)组成框图图6.23离散系统图6.24离散系统PID控制(2)幅值比较伺服系统工作原理6.3.5数字伺服系统概述(1)数字伺服系统及其特点(2)高速、高精度伺服系统的发展图6.25PID函数的采样序列图6.26数字PID软件控制伺服系统方框图图6.27带与不带前

6、馈控制的系统加工轨迹的比较图6.28带与不带学习控制器的系统位置误差的比较6.4直流伺服电机与调速系统1.直流电机与直流伺服电机有何区别?直流电动机的物理模型图定子：   ◇主磁极（励磁绕组主极铁心）◇换向极（绕组和铁心）◇机座  ◇端盖 ◇电刷装置转子：◇转轴、风扇  ◇电枢绕组◇电枢铁心◇换向器主磁极换向极电刷装置电枢铁心电枢绕组换向器他励直流电机并励直流电机串励直流电机复励直流电机永磁直流伺服电机图6.29永磁直流伺服电机的结构特点1)低转速大惯量2)转矩大3)起动力矩大4)调速泛围大，低速运行平稳，力矩波动小6.4.2直流伺服电机的特性(

7、1)电机的静态特性图6.30定子磁极的结构图6.31直流伺服电机的机械特性(2)直流伺服电机的动态特性(3)永磁直流伺服电机的特性曲线6.4.3直流伺服电机的调速控制(1)直流伺服电机的调速方法图6.32永磁直流伺服电机的转矩速度特性曲线图6.33永磁直流伺服电机的图6.34晶闸管(可控硅)直流调速系统(2)直流速度控制单元1)晶闸管调速系统2)晶体管脉宽调制调速系统以下介绍PWM调速系统的核心部分。①脉宽调制器②开关功率放大器图6.35三相全控桥无环流反并联可逆电路图6.36PWM调速系统构成原理框图图6.37脉宽调制器图6.38波形图图6.3

8、9H型开关功率放大器6.5交流伺服电机与主轴驱动系统6.5.1交流伺服电机的结构和工作原理nr=ns=60f/p图6.40永磁式交流伺服