馬昕教授電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制課件9--伺服系統(tǒng).ppt

第八章伺服系統(tǒng) 馬昕 北京化工大學(xué)計(jì)算機(jī)模擬與系統(tǒng)安全工程研究中心教育部化工安全工程研究中心國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)系統(tǒng)故障預(yù)防及監(jiān)控基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 主要內(nèi)容 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 2 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)常用電機(jī)位置控制技術(shù) 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 3 廣義的伺服系統(tǒng)定義 精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)程的反饋控制系統(tǒng) 狹義的伺服系統(tǒng)定義 利用反饋和誤差修正信號(hào)對(duì)位置及其派生參數(shù) 速度 加速度等 進(jìn)行控制的系統(tǒng)其作用是使輸出的機(jī)械位移準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)輸入的位移指令 達(dá)到位置的精確控制和軌跡的準(zhǔn)確跟蹤 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 4 伺服系統(tǒng)按照所使用的驅(qū)動(dòng)元件類型可分為 液壓伺服系統(tǒng) 氣動(dòng)伺服系統(tǒng) 機(jī)電伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的控制精度主要決定于所使用的測(cè)量元件的精度 采用伺服系統(tǒng)主要為了達(dá)到以下目的 以小功率指令信號(hào)去控制大功率負(fù)載在無(wú)機(jī)械連接情況下 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離同步傳動(dòng)使輸出機(jī)械位移精確地執(zhí)行某控制器發(fā)出的運(yùn)動(dòng)指令 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 5 坐標(biāo)系統(tǒng) coordinates 具有6個(gè)自由度 包括3個(gè)分別稱為X Y Z的直線坐標(biāo) 以及3個(gè)圍繞直線坐標(biāo)按右手定則形成的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A B C 伺服系統(tǒng)中的基本概念 任何空間運(yùn)動(dòng)都可分解為沿直線坐標(biāo)的平移和沿旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn) 一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)可被看做一個(gè)定位平臺(tái) 一個(gè)伺服系統(tǒng)中往往存在多個(gè)定位平臺(tái) 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 6 2 最小運(yùn)動(dòng)增量 minimumincrementalmotion 和分辨率 resolution 最小運(yùn)動(dòng)增量是一個(gè)裝置能可靠提供的最小的運(yùn)動(dòng)分辨率是系統(tǒng)能夠檢測(cè)到的最小的運(yùn)動(dòng)增量 3 準(zhǔn)確度 精度 accuracy 預(yù)期位置與實(shí)際位置之差的最大期望值 4 精密度 precision 和重復(fù)性 repeatability 精密度一般定義為對(duì)于完全相同的輸入 系統(tǒng)多次運(yùn)行到輸出95 的結(jié)果的偏差范圍重復(fù)性是系統(tǒng)在多次運(yùn)行中到達(dá)命令指定位置的能力 伺服系統(tǒng)中的基本概念 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 7 5 跟蹤誤差 followingerror 理想測(cè)量裝置測(cè)得的實(shí)際位置與控制器通過(guò)命令要求的預(yù)期位置之間的瞬時(shí)差值 6 調(diào)整時(shí)間 settlingtime 伺服系統(tǒng)接受運(yùn)動(dòng)指令后 進(jìn)入并保持于可接受的指令位置誤差范圍所需花費(fèi)的時(shí)間 7 超調(diào) overshoot 度量欠阻尼系統(tǒng)中的過(guò)校正行為 伺服系統(tǒng)中的基本概念 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 8 8 穩(wěn)態(tài)誤差 steady stateerror 控制器完成校正行為后實(shí)際位置與指令位置之間的差 9 振動(dòng) vibration 系統(tǒng)運(yùn)行速度接近機(jī)械系統(tǒng)的自然頻率時(shí) 可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的振動(dòng)或振鈴現(xiàn)象 10 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 motionprofile 一種以時(shí)間 位置和速度描述運(yùn)動(dòng)操作的方法 伺服系統(tǒng)中的基本概念 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 9 伺服系統(tǒng)按照?qǐng)?zhí)行部件的類型可以分類為 開環(huán)伺服系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 無(wú)位置反饋和校正環(huán)節(jié)閉環(huán) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 使用位移測(cè)量和位置比較環(huán)節(jié) 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 10 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 11 伺服系統(tǒng)基本組成 1 位置檢測(cè)器 由電位器RP1和RP2組成位置 角位移 檢測(cè)器 RP1的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度作為位置給定 RP2的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度作為位置反饋 2 電壓比較放大器 由運(yùn)算放大器A1和A2組成 A1起反相作用 A2起電壓比較和放大作用 3 功率放大器 電動(dòng)機(jī)供電電源 輸出足以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)SM的電壓 要求可逆 4 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 直 交流伺服電動(dòng)機(jī) 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 12 相同點(diǎn) 都可以通過(guò)對(duì)代表系統(tǒng)輸出量的反饋量和給定量進(jìn)行比較 組成閉環(huán)控制 兩者控制原理相同 伺服系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)的比較 不同點(diǎn) 調(diào)速系統(tǒng)為了維持輸出轉(zhuǎn)速的恒定 抗擾性能是其主要性能指標(biāo)伺服系統(tǒng)要求其輸出量準(zhǔn)確跟蹤或復(fù)現(xiàn)給定量 跟隨性能是其主要性能指標(biāo) 伺服系統(tǒng)可以在調(diào)速系統(tǒng)基礎(chǔ)上外加一個(gè)位置環(huán)構(gòu)成 位置環(huán)是伺服系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特征 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 13 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 14 伺服系統(tǒng)按照機(jī)械運(yùn)動(dòng)的軌跡可以分類為 1 點(diǎn)位控制 positioncontrol 點(diǎn)到點(diǎn)控制 pointtopointcontrol 從某一位置向另一位置移動(dòng)時(shí) 不管中間的移動(dòng)軌跡如何 只要最后能正確到達(dá)目標(biāo)位置即可 2 直線控制 straitcontrol 平行控制 parallelcontrol 除控制點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確位置之外 還要保證兩點(diǎn)之間移動(dòng)的軌跡是一條直線 同時(shí)控制移動(dòng)速度 3 輪廓控制 contouringcontrol 連續(xù)軌跡控制 continuouspathcontrol 對(duì)兩個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制 可進(jìn)行曲線或曲面運(yùn)動(dòng) 一 伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 15 輪廓控制本質(zhì)上屬于位置伺服控制 加工程序本質(zhì)上就是對(duì)刀具的連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡及其運(yùn)動(dòng)特性的描述 插補(bǔ) 數(shù)控機(jī)床 機(jī)器人行走 主要內(nèi)容 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 16 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)常用電機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)位置控制技術(shù) 步進(jìn)電機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 17 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種完成增量運(yùn)動(dòng)的電磁機(jī)械 特點(diǎn) 接受數(shù)字控制信號(hào) 電脈沖信號(hào) 把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移 步進(jìn)電機(jī)輸出角位移與輸入的指令脈沖數(shù)成正比轉(zhuǎn)速與指令脈沖的頻率成正比旋轉(zhuǎn)方向取決于脈沖順序 步進(jìn)電機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 18 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最基本的運(yùn)行方式 開環(huán)系統(tǒng)增量式位置控制系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)分類 磁阻式 反應(yīng)式 步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組永磁式步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)子是永磁體 磁阻式步進(jìn)電機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 19 利用磁通試圖尋找磁阻最小的路徑來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的特性 定子裝有3相勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子上有4個(gè)齒每個(gè)時(shí)刻 給某一相繞組通電 其它兩相繞組不通電 磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理 步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于繞組通電的順序 電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于繞組通電的頻率 磁阻式步進(jìn)電機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 20 工作方式 單三拍工作方式A B C A 順序供電 雙三拍工作方式AB BC CA AB 順序供電 單雙六拍工作方式A AB B BC C CA A 順序供電供電順序相反 則步進(jìn)方向相反 永磁式步進(jìn)電機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 21 采用永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 使定子脈沖電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行 徑向充磁的轉(zhuǎn)子 定子每段有一個(gè)雙繞線圈 公共點(diǎn)引出來(lái)接電源 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 永磁式步進(jìn)電機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 22 工作過(guò)程 第1拍 S1 S3閉合 轉(zhuǎn)子箭頭指向1 第2拍 S2 S3閉合 第3拍 S2 S4閉合 第4拍 S4 S1閉合 每拍轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)900 4拍完成1個(gè)循環(huán) 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理 永磁式步進(jìn)電機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 23 單極式驅(qū)動(dòng) 定子繞組只能通過(guò)一個(gè)方向的電流雙極式驅(qū)動(dòng) 定子繞組中的電流可以正反向流動(dòng) 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理 2 伺服電動(dòng)機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 24 伺服電動(dòng)機(jī)的作用是將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度輸出 伺服電動(dòng)機(jī)的最大特點(diǎn)是有控制電壓時(shí)轉(zhuǎn)子立刻旋轉(zhuǎn) 無(wú)控制電壓時(shí)轉(zhuǎn)子立刻停轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速由控制電壓的方向和大小決定 伺服電動(dòng)機(jī)分為直流 交流兩類 交流伺服電動(dòng)機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 25 定子上有兩相繞組 一相繞組為勵(lì)磁繞組 另一相繞組為控制繞組 兩相繞組垂直安裝 轉(zhuǎn)子分為 a 鼠籠型高電阻率材料制成 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大b 空心杯型非磁性材料制成杯形 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 響應(yīng)迅速 杯形轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 交流伺服電動(dòng)機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 26 當(dāng)有控制電壓且控制繞組電流和勵(lì)磁繞組電流不同相時(shí) 氣隙中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并且產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn) 對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的要求 在控制電壓作用下就能啟動(dòng) 電壓消失后應(yīng)能立即停轉(zhuǎn) 無(wú)控制電壓時(shí) 氣隙中只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng) 因無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)子上沒(méi)有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩而靜止不動(dòng) 直流伺服電動(dòng)機(jī) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 27 直流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上是容量較小的普通直流電動(dòng)機(jī) 一般都是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)工作原理也和直流電動(dòng)機(jī)一樣 Te CT mIa 它在性能方面的獨(dú)到之處是調(diào)速范圍寬 線性特性好 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 響應(yīng)速度快適用特殊場(chǎng)合 小功率 輸出角位移 經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行 主要內(nèi)容 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 28 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)常用電機(jī)位置控制技術(shù) 三 位置控制技術(shù) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 29 位置控制是伺服控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本功能 位置控制的職能 精確地控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置通過(guò)數(shù)控計(jì)算機(jī)將插補(bǔ)計(jì)算得出的各軸的位移量送入位置控制單元 位置控制單元根據(jù)位移量的大小產(chǎn)生進(jìn)給速度指令 實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地跟蹤位置指令的運(yùn)動(dòng) 位置控制系統(tǒng)分為 開環(huán)控制系統(tǒng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 無(wú)需位置檢測(cè)與反饋閉環(huán)控制系統(tǒng) 交直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 需要位置檢測(cè)與反饋 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相關(guān)控制技術(shù) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 30 步進(jìn)電機(jī)與交直流電機(jī)的不同之處在于 僅僅接上供電電源它是不會(huì)運(yùn)行的 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件將數(shù)字脈沖輸入轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng) 可以控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出步數(shù)和輸入指令的電脈沖數(shù)相等 所以可用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行開環(huán)控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相關(guān)控制技術(shù) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 31 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要由步進(jìn)控制器 功率放大器和步進(jìn)電機(jī)組成 純硬件的步進(jìn)控制器由脈沖發(fā)生器 環(huán)行分配器 控制邏輯等組成 步進(jìn)控制器的作用是把代表轉(zhuǎn)速的脈沖串分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各個(gè)繞組 讓步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按既定的方向和速度旋轉(zhuǎn) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相關(guān)控制技術(shù) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 32 脈沖發(fā)生器是產(chǎn)生步進(jìn)電動(dòng)機(jī)角位移或速度的控制脈沖電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)速由脈沖發(fā)生器的脈沖頻率確定 轉(zhuǎn)角正比于輸入的脈沖數(shù) 對(duì)應(yīng)于脈沖信號(hào)數(shù)量脈沖發(fā)生器可以用微處理器代替脈沖分配器是一種時(shí)序邏輯電路 它接受脈沖發(fā)生器的控制脈沖信號(hào) 輸出按一定時(shí)序排列的多路電平信號(hào)通常電機(jī)的脈沖分配器為環(huán)形分配器 多采用集成電路來(lái)組成 也可以用微處理器代替 1 脈沖發(fā)生器和脈沖分配器 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相關(guān)控制技術(shù) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 33 驅(qū)動(dòng)電路是功率放大器 將脈沖分配器送來(lái)的觸發(fā)信號(hào)放大 以足夠的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 2 單極性驅(qū)動(dòng)和雙極性驅(qū)動(dòng)電路 基于微控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 34 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的串行控制 1 串行控制的步進(jìn)驅(qū)動(dòng) 控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度 電平輸入信號(hào)控制轉(zhuǎn)動(dòng)方向 缺點(diǎn) 必須采用硬件的環(huán)行分配器 定時(shí)中斷時(shí)間常數(shù)調(diào)整轉(zhuǎn)速 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)控制技術(shù) 基于微控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 35 2 并行控制的步進(jìn)驅(qū)動(dòng) 利用8031的定時(shí)中斷和軟件設(shè)計(jì)取代硬件設(shè)計(jì)中的脈沖發(fā)生器和環(huán)行分配器 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由定時(shí)中斷時(shí)間常數(shù)決定 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)控制技術(shù) 基于微控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 36 3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速控制 啟動(dòng) 極限啟動(dòng)頻率 要求運(yùn)行的速度小于系統(tǒng)的極限啟動(dòng)頻率 系統(tǒng)可直接啟動(dòng) 通常要求的運(yùn)行速度遠(yuǎn)大于極限啟動(dòng)頻率 若直接啟動(dòng)可能會(huì)丟步或無(wú)法啟動(dòng) 制動(dòng) 到達(dá)終點(diǎn)時(shí)突然停發(fā)脈沖串 系統(tǒng)會(huì)因慣性原因沖過(guò)終點(diǎn) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)控制技術(shù) 基于微控制器的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 37 升速規(guī)律 1 按照直線規(guī)律升速加速度恒定2 按照指數(shù)規(guī)律升速加速度逐漸降低 用微機(jī)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行加減速控制 實(shí)際上就是改變輸出時(shí)鐘脈沖的時(shí)間間隔 用定時(shí)器中斷方式控制電動(dòng)機(jī)的速度 加減速控制還需下列數(shù)據(jù) 加減速斜率 升速過(guò)程總步數(shù) 恒速運(yùn)行總步數(shù) 減速運(yùn)行總步數(shù) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)控制技術(shù) 3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)點(diǎn)位控制加減速過(guò)程 伺服電動(dòng)機(jī)位置閉環(huán)控制 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 38 比較環(huán)節(jié)將指令信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較 兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差 經(jīng)驅(qū)動(dòng)線路控制執(zhí)行元件帶動(dòng)機(jī)械位移 直到跟隨誤差為0 根據(jù)比較環(huán)節(jié)的不同 閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)也有多種形式 鑒相式伺服系統(tǒng) 鑒幅式伺服系統(tǒng) 數(shù)字比較式伺服系統(tǒng) 發(fā)展方向 由硬件組成的比較環(huán)節(jié)被由軟件實(shí)現(xiàn)的位置控制環(huán)取代 伺服電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)伺服系統(tǒng)的構(gòu)成 執(zhí)行元件 交直流伺服電動(dòng)機(jī) 液壓馬達(dá) 反饋檢測(cè)單元 比較環(huán)節(jié) 驅(qū)動(dòng)線路 機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 鑒相式伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 39 基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器 輸出一列具有一定頻率的脈沖信號(hào) 為伺服系統(tǒng)提供相位比較的基準(zhǔn) 脈沖調(diào)相器 數(shù)字相位轉(zhuǎn)換器 將來(lái)自主機(jī)的進(jìn)給脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相位變化信號(hào) 檢測(cè)元件及信號(hào)處理線路 將工作臺(tái)的位移量檢測(cè)出來(lái)并表達(dá)成與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差 鑒相器 鑒別輸入誤差信號(hào) 輸出與該相位差成正比的電壓信號(hào)兩路輸入信號(hào) 一路來(lái)自脈沖調(diào)相器的指令進(jìn)給信號(hào)一路來(lái)自檢測(cè)元件及信號(hào)處理線路的反饋信號(hào) 伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)位置閉環(huán)控制 鑒相式伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 40 在鑒相器中指令信號(hào)和反饋信號(hào)相比較 求出跟隨誤差 經(jīng)放大后送入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使工作臺(tái)移動(dòng) 指令脈沖是按進(jìn)給量連續(xù)輸出脈沖 反饋脈沖跟隨輸出 只要有脈沖輸入 立即產(chǎn)生跟隨誤差 使工作臺(tái)移動(dòng) 選用不同的檢測(cè)元件 對(duì)其控制和輸出信號(hào)處理方法均有所不同 伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)位置閉環(huán)控制 鑒幅式伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 41 鑒幅式伺服系統(tǒng)與鑒相式伺服系統(tǒng)的主要區(qū)別有兩點(diǎn) 其測(cè)量元件是以鑒幅工作方式工作的 比較器比較的是數(shù)字脈沖量而不是相位信號(hào) 測(cè)量元件及信號(hào)處理線路 將工作臺(tái)的機(jī)械位移檢測(cè)出來(lái)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖量 傳感器輸出幅值為正弦信號(hào)的反映位移量的電壓 此正弦信號(hào)經(jīng)濾波 放大 檢波 整流之后 變成方向與工作臺(tái)移動(dòng)方向相對(duì)應(yīng) 幅值與工作臺(tái)位移成正比的直流電壓信號(hào) 此過(guò)程稱為解調(diào) 伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)位置閉環(huán)控制 鑒幅式伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 42 比較器有兩路輸入信號(hào) 一路來(lái)自主機(jī)插補(bǔ)軟件的進(jìn)給脈沖 代表主機(jī)要求機(jī)械裝置移動(dòng)的位移量另一路來(lái)自測(cè)量元件及信號(hào)處理線路 體現(xiàn)工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)的距離 D A轉(zhuǎn)換電路 將比較器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為直流電壓信號(hào) 該信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)線路進(jìn)行電壓和功率放大 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng) 伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)位置閉環(huán)控制 數(shù)字比較式伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 43 指令信號(hào) 主機(jī)提供 可以是數(shù)碼信號(hào)也可以是脈沖數(shù)字信號(hào)反饋測(cè)量信號(hào) 機(jī)械實(shí)際位移信號(hào)比較器 完成指令信號(hào)與測(cè)量反饋信號(hào)比較脈沖數(shù)字 數(shù)碼轉(zhuǎn)換 依據(jù)比較器功能以及指令信號(hào)和反饋信號(hào)的性質(zhì)而決定驅(qū)動(dòng)及執(zhí)行部件 根據(jù)比較器的輸出帶動(dòng)機(jī)械位移 伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)位置閉環(huán)控制 數(shù)字比較式伺服系統(tǒng) 2020 3 14 第八章伺服系統(tǒng) 44 數(shù)字比較系統(tǒng)中常使用的位置測(cè)量反饋元件為光電編碼器 可提供數(shù)字脈沖序列或數(shù)碼信號(hào) 常用的數(shù)字比較器為這兩種形式的三類組合 數(shù)碼比較器 數(shù)字脈沖比較器 數(shù)碼與數(shù)字脈沖比較器 比較器的輸出反映了指令信號(hào)和反饋信號(hào)的差值 以及差值的方向