第六章伺服系统2(闭环)数控机床伺服系统ppt课件.ppt

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1、第6章数控机床伺服系统§6-3闭环伺服控制原理与系统伺服电动机亦称执行电动机，它具有一种服从控制信号的要求而动作的职能，在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能及时自行停转。由于这种“伺服”的性能，因此而得名。全闭环数控系统从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、

2、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。闭环伺服驱动系统一、闭环伺服驱动系统的执行元件数控系统对执行元件（能量转换和信号转换）的要求：功率比大（功率/加速度常数，代表加减速能力）功率密度大（功率/质量）优良的调速性能（低速大转矩)便于维护，有足够的防护能力，有不同的传感器，散热性好闭环执行元件：直流伺服电机（在伺服系统中常用的直流伺服电机多为大功率直流伺服电机，如低惯量电机和宽调速电机）和交流伺服电机。一、闭环伺服驱动系统的执行元件1.直流伺服电机数控机床用的一般是大功率的直流伺服电机，其工作原理与直流电

3、机类似。低惯量直流伺服电机结构特点：电枢铁芯无槽，电枢细长，气隙尺寸大等宽调速直流力矩电机结构特点：极对数和电枢导体数多，一般采用永磁体（他励式）交流伺服电机驱动是最新发展起来的新型伺服系统，也是当前机床进给驱动系统方面的一个新动向。该系统克服了直流驱动系统中电机电刷和整流子要经常维修、电机尺寸较大和使用环境受限制等缺点。它能在较宽的调速范围内产生理想的转矩，结构简单，运行可靠，用于数控机床等进给驱动系统为精密位置控制。直流伺服电机及驱动直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小正比于电机中

4、的气隙磁场，直流电机的励磁绕组所建立的磁场是电机的主磁场，按对励磁绕组的励磁方式不同，直流电机可分为：他激式、并激式、串激式、复激式、永磁式。20世纪80~90年代中期，永磁式直流伺服电机在NC机床中广泛采用。直流伺服电机的特点过载倍数大，时间长；具有大的转矩/惯量比，电机的加速大，响应快。低速转矩大，惯量大，可与丝杆直接相联，省去了齿轮等传动机构。可提高了机床的加工精度。调速范围大，与高性能的速度控制单元组成速度控制系统时，调速范围超过1∶2000。带有高精度的检测元件(包括速度和转子位置检测元件)；电机

5、允许温度可达150°～180℃，由于转子温度高，它可通过轴传到机械上去，这会影响机床的精度由于转子惯性较大，因此电源装置的容量以及机械传动件等的刚度都需相应增加。电刷、维护不便。直流伺服电机的特点直流伺服电机种类繁多，但电机的只要技术参数和选用方法大同小异。一般在电机的尾端按照用户要求配装测速发电机、旋转变压器或旋转脉冲编码器等检测元件，还可以安装电磁制动器作为断电以后位置保持装置，内部还装有温度检测传感器。1．直流伺服电机的结构极靴机壳瓦状永磁材料（定子）电枢（转子）换向极主磁极定子转子线圈永磁直流伺服电

6、机的结构直流主轴电机结构示意图⑴静态特性电磁转矩由下式表示:KT—转矩常数；Φ—磁场磁通；Ia—电枢电流；TM—电磁转矩。电枢回路的电压平衡方程式为:Ua─电枢上的外加电压；Ra─电枢电阻；Ea─电枢反电势。电枢反电势与转速之间有以下关系：Ke─电势常数；ω─电机转速（角速度）。根据以上各式可以求得：）2一般直流电机的工作特性⑵动态特性直流电机的动态力矩平衡方程式为式中TM─电机电磁转矩；TL─折算到电机轴上的负载转矩；ω─电机转子角速度；J─电机转子上总转动惯量；t─时间自变量。2、一般直流电机的工作特性

7、二、直流进给运动的速度控制1.、直流伺服电机的调速原理根据机械特性公式可知调速有二种方法:电枢电压Ua和气隙磁通Φ⑴改变电枢外加电压Ua:由于绕组绝缘耐压的限制，调压只能在额定转速以下进行。属于恒转矩调速。⑵改变气隙磁通量Φ：改激磁电流即可改Φ，在Ua恒定情况下，磁场接近饱和，故只能弱磁调速，在额定转速以上进行。属于恒功率调速。2.直流速度控制单元调速控方式◆晶闸管（可控硅）调速系统◆晶体管脉宽调制（PWM）调速系统晶闸管调速系统1）系统的组成包括控制回路：速度环、电流环、触发脉冲发生器等。主回路：可控硅整

8、流放大器等。速度环：速度调节（PI），作用：好的静态、动态特性。电流环：电流调节(P或PI)。作用：加快响应、启动、低频稳定等。触发脉冲发生器：产生移相脉冲，使可控硅触发角前移或后移。可控硅整流放大器：整流、放大、驱动，使电机转动。速度调节器电流调节器触发脉冲发生器可控硅整流器电流反馈速度反馈电流检测编码器电机UR+-UfIfIR+-E1ES原理：e)uacbcaba)b)c)d)135①②③④⑤⑥ωtub246