教学用第7章机床进给伺服系统的控制原理ppt课件.ppt

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1、第七章机床进给伺服系统的控制原理内容提要第一节概述第二节进给伺服系统中的位置指令信号第三节开环伺服系统第四节闭环（半闭环）伺服系统2021/8/101现代数控技术1.数控机床进给运动伺服系统的分类和特点：（1）开环控制系统：进给动力源是步进电机，一定的脉冲数量使进给机构运动一定的位移量。没有位置检测元件和转速检测元件。优点是结构简单，成本低；缺点是一旦产生误差，误差就会逐渐积累，因此控制精度差。（2）闭环（半闭环）控制系统：从控制原理上讲，闭环和半闭环控制没什么区别，半闭环控制是在电机输出轴上安装转速检测元件，而闭环控制是

2、除了安装转速检测元件之外，还要在机床上安装位置检测元件。第一节概述2021/8/102现代数控技术2.闭环和半闭环控制系统的区别：闭环系统为了测量直线进给运行，沿导轨移动方向安装直线位移传感器，直接测量工作台的位移；而半闭环系统则把角位移传感器安装滚珠丝杠端部，测量其角位移，显然，这时传感器角位移的值不能反应滚珠丝杠本身的行程误差和变形，以及滚珠丝杠副以后传动链所产生的那部分工作台的位移误差。2021/8/103现代数控技术第二节进给伺服系统中的位置指令信号1.位置指令信号的函数规律位置指令信号是通过插补得到的，所谓插补就

3、是将数控加工程序中指明的轮廓轨迹方程改写成相应的以时间t为变量的参数方程，该参数方程所描述的就是各进给轴的位置指令的函数规律。对于直线插补，轨迹方程是x=kz，k为常数，其轨迹方程等价于：Z轴的进给，X轴的进给圆弧插补的位置指令是正弦函数直线插补的位置指令为斜坡函数2021/8/104现代数控技术2.指令值的修正上述位置指令都是具有加速度的位置指令，其缺点就是没有对加速度进行限制，而加速度就意味着冲击，这对传动系统是极为不利的。指令值修正，就是要对加速度进行限制，经过限制后的进给速度指令曲线中包含了匀加速上升和匀减速下降段

4、，进给速度不存在阶跃变化，加速度也被限制在±am之内，这种位置指令函数称为加速度控制的位置指令函数。2021/8/105现代数控技术一、开环数控系统的结构没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。电机机械执行部件A相、B相C相、…f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大第三节开环伺服系统2021/8/106现代数控技术二、系统的工作原理1.工作台的位移量的控制数控机床控制系统发出N个进给脉冲，经驱动控制线路之后，变成控制步进电机定子绕组通电、断电的电平信号变化次数N

5、，使步进电机定子绕组的通电状态变化N次。定子绕组通电状态变化次数N决定了步进电机转子的角位移Φ=Nα,其中α为步距角。该角位移经丝杠、螺母之后变为工作台的位移量L。即进给脉冲数N→定子绕组通电状态变化次数N→步进电机转子的转角Φ→工作台位移量L.2021/8/107现代数控技术2.工作台进给速度的控制机床控制系统发出的进给脉冲频率f，经驱动控制线路后，表示为控制步进电机定子绕组通断电的电平信号变化频率，也就是定子绕组通电状态变化频率，而定子绕组通电状态的变化频率f决定了步进电机转子的速度v，该转速v经丝杠、螺母后，体现为工

6、作台的进给速度v。即进给脉冲频率f→定子绕组通电状态的变化频率f→步进电机转子转速v→工作台进给速度v3.工作台运动方向控制当控制系统发出的进给脉冲是正向时，经驱动控制线路后，步进电机的定子绕组按一定顺序依次通电、断电；当控制系统发出的进给脉冲是反向时，经驱动控制线路后，步进电机的定子绕组按反向顺序依次通电、断电；要改变定子绕组的通电顺序，可改变进给脉冲方向。2021/8/108现代数控技术影响步进电机开环系统传动精度的因素：步进电机的步距角精度；机械传动部件的精度；丝杆等机械传动部件、支承的传动间隙；传动件和支承件的变形

7、。提高步进电机开环伺服系统传动精度的措施2021/8/109现代数控技术提高步进电机开环系统传动精度的措施细分线路：就是把步进电机的一步分成多步，以减小步距角。反向间隙补偿：其原理是根据实际测得的传动间隙的大小，每当出现反向时，用固定的脉冲数来进行补偿。混合伺服系统：在工作台上增加一个感应同步器，当出现误差，感应同步器经过比较器得到增加或减少脉冲数量，从而消除误差。其实质就是闭环系统的控制方法。2021/8/1010现代数控技术2021/8/1011现代数控技术第四节.闭环、半闭环进给伺服系统一、闭环（半闭环）进给伺服系统

8、的结构和工作原理比较参考输入信号与输出（反馈）信号：输入信号是根据工件或刀具期望位置由插补运算计算得到的，该信号作为输入信号送入控制单元，并与反馈到控制单元的传感器输出信号相比较，其中传感器输出信号代表工件或刀具的实际位置，比较后就得到工件或刀具实际位置相对于期望位置的误差信号。计算控制信号：依据控制理