數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述

1、第六章第六章 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)v 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 v 第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)電機(jī)開環(huán)步進(jìn)電機(jī)v 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的數(shù)控機(jī)床的 檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置v 第四節(jié)第四節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)v 第五節(jié)第五節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)分析閉環(huán)伺服系統(tǒng)分析第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指以位置和速度作為控制對(duì)象的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指以位置和速度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)。 伺服系統(tǒng)的性能，在很大程度上決定了現(xiàn)代數(shù)控伺服系統(tǒng)的性能，在很大程度上決定了現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的性能。機(jī)床的性能。 如：數(shù)控機(jī)床的最高移動(dòng)速度、跟蹤精度、定位如：數(shù)控機(jī)床的最高移動(dòng)速度、跟蹤精

2、度、定位精度等重要指標(biāo)均取決于伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)精度等重要指標(biāo)均取決于伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能。性能。 數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一種數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)，分為開，分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種。環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種。一、數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求一、數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求1、精度高、精度高 脈沖當(dāng)量越小，機(jī)床的精度越高。脈沖當(dāng)量越小，機(jī)床的精度越高。0.01-0.001mm;2、快速響應(yīng)特性好、快速響應(yīng)特性好 快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一。達(dá)到最快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一。達(dá)到最大穩(wěn)態(tài)速度的時(shí)間要求在大穩(wěn)態(tài)速度的時(shí)間要求在200ms以內(nèi)。以內(nèi)。 3、調(diào)速范圍

3、大、調(diào)速范圍大 調(diào)速范圍：電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍：電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速Nmax和最低轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速Nmin之比。之比。要求應(yīng)大于：要求應(yīng)大于：1:10000 4、負(fù)載特性要硬、負(fù)載特性要硬 當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，輸出速度應(yīng)基本不變。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，輸出速度應(yīng)基本不變。5、系統(tǒng)可靠性要好、系統(tǒng)可靠性要好 二、數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成二、數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本組成 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是由：伺服電數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是由：伺服電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。行部件組成。進(jìn)給進(jìn)給指令指令比較控制環(huán)節(jié)比較控制環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)控制單元執(zhí)行元件執(zhí)行元件機(jī)

4、機(jī)床床反饋檢測(cè)單元反饋檢測(cè)單元三、數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類三、數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類 按其用途和功能分為：按其用途和功能分為： 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 按其控制原理和有無(wú)反饋環(huán)節(jié)分：按其控制原理和有無(wú)反饋環(huán)節(jié)分： 開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)和半閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)和半閉環(huán)系統(tǒng) 按驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作原理分為：按驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的動(dòng)作原理分為： 電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)。其中電氣。其中電氣伺服系統(tǒng)又可分為伺服系統(tǒng)又可分為直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。1、 開環(huán)控制和閉環(huán)控制進(jìn)給系統(tǒng)特點(diǎn)開環(huán)控制和閉環(huán)

5、控制進(jìn)給系統(tǒng)特點(diǎn)（1）開環(huán)控制系統(tǒng)）開環(huán)控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，調(diào)試、維修、使用方便、成本低結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，調(diào)試、維修、使用方便、成本低 無(wú)位置反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定；無(wú)位置反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定； 速度及精度較低。速度及精度較低。步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)工作臺(tái)CNC指令脈沖指令脈沖開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（2）半閉環(huán)與閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)）半閉環(huán)與閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，安裝調(diào)試比較麻煩；結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，安裝調(diào)試比較麻煩；加工精度高，速度快。加工精度高，速度快。 +指令指令位置位置檢測(cè)檢測(cè)測(cè)量與反饋-速度控制單元位置調(diào)節(jié)器伺服電機(jī)工作臺(tái)半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制（3）閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)）閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)2、

6、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)與主軸驅(qū)動(dòng)、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)與主軸驅(qū)動(dòng) 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)或刀架坐標(biāo)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并提供切削過(guò)程的轉(zhuǎn)矩。動(dòng)，并提供切削過(guò)程的轉(zhuǎn)矩。 主軸驅(qū)動(dòng)控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為機(jī)床主軸提供驅(qū)動(dòng)率和所需的切削力。主軸提供驅(qū)動(dòng)率和所需的切削力。3 、直流伺服驅(qū)動(dòng)與交流伺服驅(qū)動(dòng)、直流伺服驅(qū)動(dòng)與交流伺服驅(qū)動(dòng) 直流大慣量伺服電機(jī)有良好的寬調(diào)速性能。直流大慣量伺服電機(jī)有良好的寬調(diào)速性能。 輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，輸出轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)， 由于電機(jī)慣性與機(jī)床傳動(dòng)部件的

7、慣量相當(dāng)，由于電機(jī)慣性與機(jī)床傳動(dòng)部件的慣量相當(dāng)，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整。構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整。 直流中小慣量伺服電機(jī)適于數(shù)控機(jī)床對(duì)于頻直流中小慣量伺服電機(jī)適于數(shù)控機(jī)床對(duì)于頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，快速定位、切削的要求。繁啟動(dòng)、制動(dòng)，快速定位、切削的要求。 交流電機(jī)的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是交流容易維修，交流電機(jī)的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是交流容易維修，制造簡(jiǎn)單，易于向大容量、高速度方向發(fā)展。制造簡(jiǎn)單，易于向大容量、高速度方向發(fā)展。 缺點(diǎn)缺點(diǎn):電刷和換向電刷和換向四、數(shù)控系統(tǒng)常用伺服電機(jī)四、數(shù)控系統(tǒng)常用伺服電機(jī) 1、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī) 開環(huán)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上用；開環(huán)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上用；2、改進(jìn)型直流電機(jī)

8、、改進(jìn)型直流電機(jī) 在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性較普通直流電機(jī)所改變，早期在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性較普通直流電機(jī)所改變，早期使用；使用；3、小慣量直流電機(jī)、小慣量直流電機(jī) 減小電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，獲得好的快速性，早期使減小電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，獲得好的快速性，早期使用；用；4、永磁直流伺服電機(jī)、永磁直流伺服電機(jī) 能在較大過(guò)載轉(zhuǎn)矩下長(zhǎng)期工作；可在低速下能在較大過(guò)載轉(zhuǎn)矩下長(zhǎng)期工作；可在低速下(1r/mm甚至甚至0.1r/mm)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。70年代年代80年代年代中期廣泛應(yīng)用，目前還在使用；中期廣泛應(yīng)用，目前還在使用；5、無(wú)刷直流電機(jī)：、無(wú)刷直流電機(jī)： 實(shí)質(zhì)是交流調(diào)速電機(jī)的一種。性能達(dá)到直流電機(jī)的實(shí)質(zhì)是交流調(diào)速電機(jī)的一種。

9、性能達(dá)到直流電機(jī)的水平，又取消換向器及電刷部件，電機(jī)壽命提高一水平，又取消換向器及電刷部件，電機(jī)壽命提高一個(gè)數(shù)量級(jí)；個(gè)數(shù)量級(jí)；6、交流調(diào)速電機(jī)、交流調(diào)速電機(jī)： 自自80年代中期開始，以異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)為年代中期開始，以異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)為基礎(chǔ)的交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)得到迅速的發(fā)展，是進(jìn)給驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)的交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)得到迅速的發(fā)展，是進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的一個(gè)發(fā)展方向。的一個(gè)發(fā)展方向。第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進(jìn)式伺服系統(tǒng) 一、步進(jìn)電機(jī)一、步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移；步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移； 角位移量與電脈沖數(shù)成正比；角位移量與電脈沖數(shù)成正比； 轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比。轉(zhuǎn)

10、速與電脈沖頻率成正比。1、步進(jìn)電機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)（1）分類）分類 分類方式分類方式具體類型具體類型按力矩產(chǎn)按力矩產(chǎn)生的原理生的原理1）反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生）反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。2）激磁式：定、轉(zhuǎn)子均有激磁繞組，由電磁力矩實(shí)）激磁式：定、轉(zhuǎn)子均有激磁繞組，由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行按輸出力按輸出力矩大小矩大小1）伺服式：力矩小，只能驅(qū)動(dòng)較小的負(fù)載）伺服式：力矩小，只能驅(qū)動(dòng)較小的負(fù)載2）功率式：輸出力矩大，可直接驅(qū)動(dòng)工作態(tài)等較大）功率式：輸出力矩大，可直接驅(qū)動(dòng)工作態(tài)等較大的負(fù)載。的負(fù)載

11、。按定子數(shù)按定子數(shù)1）單定子式）單定子式 2）雙定子式）雙定子式 3）三定子式）三定子式 4）多定子式）多定子式按各組繞按各組繞組分布組分布1）徑向分相式：電機(jī)各相按圓周依次排列）徑向分相式：電機(jī)各相按圓周依次排列2）軸向分向式：電機(jī)各相按軸向依次排列）軸向分向式：電機(jī)各相按軸向依次排列 激磁繞組激磁繞組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子2、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理1）電機(jī)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速取決于繞組與取決于繞組與電源接通或斷開的變化電源接通或斷開的變化頻率頻率；2）電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)）電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向方向取決于繞組取決于繞組通電的順序通電的順序；3）電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的）電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度角度取決于取決于通電的次

12、數(shù)通電的次數(shù)。4）電動(dòng)機(jī)定子繞組每改變一次通電方式）電動(dòng)機(jī)定子繞組每改變一次通電方式稱為一拍稱為一拍5）每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度）每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度步距角步距角 上述通電方式稱為：三相單三拍。（三相三拍）上述通電方式稱為：三相單三拍。（三相三拍） 單單每次通電時(shí)，只有一相繞組通電；每次通電時(shí)，只有一相繞組通電； 雙雙每次通電時(shí)，有兩相繞組通電；每次通電時(shí)，有兩相繞組通電； 三拍三拍經(jīng)過(guò)三次切換繞組的通電狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)；經(jīng)過(guò)三次切換繞組的通電狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)； 除此之外的通電方式還有：除此之外的通電方式還有： 三相雙三拍：三相雙三拍： ABBCCAAB 三相單雙六拍：三相

13、單雙六拍： AABBBCCCAA 設(shè)步進(jìn)電機(jī)的定子繞組有設(shè)步進(jìn)電機(jī)的定子繞組有m相；轉(zhuǎn)子齒數(shù)為相；轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Z齒；通齒；通電方式系數(shù)為電方式系數(shù)為k 則每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)，轉(zhuǎn)子的步距角則每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)，轉(zhuǎn)子的步距角有：有： mzk360通電拍數(shù)相同時(shí)通電拍數(shù)相同時(shí)k=1；不同時(shí)不同時(shí)k=2。 步進(jìn)電機(jī)的步距角越小，位置精度越高步進(jìn)電機(jī)的步距角越小，位置精度越高。 由上式知道：磁極數(shù)越多，轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多，步距角就由上式知道：磁極數(shù)越多，轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多，步距角就越小。越小。m:相數(shù)相數(shù), z:齒數(shù)齒數(shù); k: m相相m拍時(shí)拍時(shí)k取取1,m相相2m拍時(shí)拍時(shí) k取取2; 最常見的一種小步距角三相反

14、應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)如圖所示。最常見的一種小步距角三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)如圖所示。設(shè)定子有設(shè)定子有A、B、C三相繞組，轉(zhuǎn)子上均勻分布三相繞組，轉(zhuǎn)子上均勻分布40個(gè)齒，個(gè)齒，定子上每個(gè)極有定子上每個(gè)極有5個(gè)齒，與轉(zhuǎn)子上的齒寬和齒距相同個(gè)齒，與轉(zhuǎn)子上的齒寬和齒距相同采用單三拍運(yùn)行方式：采用單三拍運(yùn)行方式：3403360 三相六拍運(yùn)行方式：三相六拍運(yùn)行方式：5 . 12403360 若輸入一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)若輸入一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)mzk1故電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速故電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n為：為：如果每秒輸入如果每秒輸入f個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子 每秒每秒 鐘轉(zhuǎn)鐘轉(zhuǎn)mzkf(r/min) mzkf (r/s)

15、mzkfn60 f 定子和轉(zhuǎn)子都分為定子和轉(zhuǎn)子都分為5段，呈軸向分布；有段，呈軸向分布；有16個(gè)個(gè)齒均勻分布在圓周上，齒均勻分布在圓周上， 齒距齒距=360/16=22.5；各相定子彼此徑向錯(cuò)開；各相定子彼此徑向錯(cuò)開1/5個(gè)齒的齒距；個(gè)齒的齒距；如按如按5相相5拍通電，則步距角為：拍通電，則步距角為： 如按如按5相相10拍通電，即拍通電，即ABABCBCBCDCDCDE.，步距角為：步距角為： 5 . 455 .22 25. 255 . 4例如：例如：110BF003代表該步進(jìn)電機(jī)為反應(yīng)式，外徑代表該步進(jìn)電機(jī)為反應(yīng)式，外徑110mm，三相控制繞組三相控制繞組反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)表示：反應(yīng)式步進(jìn)

16、電機(jī)的型號(hào)表示： 定子繞組相數(shù)定子繞組相數(shù)BF：反應(yīng)式反應(yīng)式BGY：混合式混合式電動(dòng)機(jī)外徑（單位：電動(dòng)機(jī)外徑（單位：mm）3、步進(jìn)電機(jī)工作特點(diǎn)：、步進(jìn)電機(jī)工作特點(diǎn)：1）步進(jìn)電機(jī)受脈沖電流的控制，轉(zhuǎn)子的角位移和角）步進(jìn)電機(jī)受脈沖電流的控制，轉(zhuǎn)子的角位移和角速度與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比，改變速度與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比，改變相的通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向；相的通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向；2）步進(jìn)電機(jī)有自整角能力，不需機(jī)械制動(dòng)；）步進(jìn)電機(jī)有自整角能力，不需機(jī)械制動(dòng)；3）步距無(wú)累積誤差；）步距無(wú)累積誤差；4）步進(jìn)電機(jī)的效率低，脈沖當(dāng)量不能太小，調(diào)速范）步進(jìn)電機(jī)的效率低，

17、脈沖當(dāng)量不能太小，調(diào)速范圍不大。圍不大。 四、步進(jìn)電機(jī)的主要特性四、步進(jìn)電機(jī)的主要特性1、步距誤差、步距誤差 步距誤差直接影響執(zhí)行部件的定位精度。步距誤差直接影響執(zhí)行部件的定位精度。 單相通電時(shí)，步距誤差由定子和轉(zhuǎn)子的分齒單相通電時(shí)，步距誤差由定子和轉(zhuǎn)子的分齒精度和各相定子錯(cuò)位角度的精度確定；精度和各相定子錯(cuò)位角度的精度確定； 多相通電時(shí)，步距誤差還和各相電流的大小、多相通電時(shí)，步距誤差還和各相電流的大小、磁路性能等因素有關(guān)。磁路性能等因素有關(guān)。2、單相通電的矩角特性、單相通電的矩角特性單相通電時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系稱為單相單相通電時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系稱為單相通電時(shí)的矩角特性

18、。其大至上是一條正弦曲線。通電時(shí)的矩角特性。其大至上是一條正弦曲線。Mjmax-最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩,表明了電機(jī)能承受的最大靜態(tài)表明了電機(jī)能承受的最大靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。負(fù)載轉(zhuǎn)矩。各相繞組單相通電的矩角特性不能相差太大。各相繞組單相通電的矩角特性不能相差太大。失調(diào)角失調(diào)角 eM eMjmax多相通電時(shí)的矩角特性，可根據(jù)單相通電的矩角特性以多相通電時(shí)的矩角特性，可根據(jù)單相通電的矩角特性以向量和的方式算出。向量和的方式算出。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組相數(shù)大于當(dāng)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組相數(shù)大于3時(shí)，多相通電多數(shù)時(shí)，多相通電多數(shù)能提高輸出轉(zhuǎn)矩。能提高輸出轉(zhuǎn)矩。 所以功率較大的步進(jìn)電機(jī)多數(shù)采用多于三相的勵(lì)磁所以功率較大

19、的步進(jìn)電機(jī)多數(shù)采用多于三相的勵(lì)磁繞組，且多相通電。繞組，且多相通電。步進(jìn)電機(jī)多相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電機(jī)多相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩11.73221.732111.6181.618111.4141116543電機(jī)相數(shù)電機(jī)相數(shù)54321432132121同時(shí)通電同時(shí)通電相數(shù)相數(shù)maxjM合成轉(zhuǎn)矩合成轉(zhuǎn)矩3、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mq當(dāng)電機(jī)所帶負(fù)載當(dāng)電機(jī)所帶負(fù)載MLMq時(shí)，電機(jī)可不失步的啟動(dòng)。時(shí)，電機(jī)可不失步的啟動(dòng)。A B CMq e2、最高啟動(dòng)頻率和最高工作頻率、最高啟動(dòng)頻率和最高工作頻率最高啟動(dòng)頻率最高啟動(dòng)頻率fg： 步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并不失步地進(jìn)步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并不失步地進(jìn)入穩(wěn)速運(yùn)行，所允許的啟動(dòng)

20、頻率的最高值。入穩(wěn)速運(yùn)行，所允許的啟動(dòng)頻率的最高值。最高啟動(dòng)頻率最高啟動(dòng)頻率fg與步進(jìn)電機(jī)的慣性負(fù)載與步進(jìn)電機(jī)的慣性負(fù)載J有有關(guān)。關(guān)。最高工作頻率：最高工作頻率： 步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能接受的最高頻率。步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能接受的最高頻率。3、輸出的轉(zhuǎn)矩、輸出的轉(zhuǎn)矩頻率特性頻率特性Md(N.m)f(Hz)在步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若輸入脈沖的頻率逐漸增加，在步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若輸入脈沖的頻率逐漸增加，則電機(jī)所能帶動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩將逐漸下降。則電機(jī)所能帶動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩將逐漸下降。五、步進(jìn)電機(jī)開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)五、步進(jìn)電機(jī)開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)1、傳動(dòng)計(jì)算目的：、傳動(dòng)計(jì)算目的： 計(jì)算齒輪傳動(dòng)比計(jì)算齒輪傳動(dòng)比i，確

21、定齒數(shù)確定齒數(shù)(Z1、Z2)，以以 滿足脈沖當(dāng)量滿足脈沖當(dāng)量的要求。的要求。 提高步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載能力。提高步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載能力。（1） 直線進(jìn)給系統(tǒng)直線進(jìn)給系統(tǒng)已知：進(jìn)給系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量已知：進(jìn)給系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量mm；步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的步距角步距角；滾珠絲杠的導(dǎo)程滾珠絲杠的導(dǎo)程t mm；求：求： 齒輪傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)比 i。 t 3602Z1Ziti3601）為了求得所需的脈沖當(dāng)量；）為了求得所需的脈沖當(dāng)量；2）滿足結(jié)構(gòu)要求和增大轉(zhuǎn)矩的作用。）滿足結(jié)構(gòu)要求和增大轉(zhuǎn)矩的作用。步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)使用齒輪傳動(dòng)的作用：步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)使用齒輪傳動(dòng)的作用：（2）圓周進(jìn)給系統(tǒng)圓周進(jìn)給系統(tǒng) 已知：脈沖當(dāng)量為已知

22、：脈沖當(dāng)量為，蝸桿為蝸桿為Zk頭，蝸輪為頭，蝸輪為ZW點(diǎn)，點(diǎn)，則：則： wk21oZZZZ2、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路 脈沖信號(hào)功率放大脈沖信號(hào)功率放大軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)環(huán)行分配器環(huán)行分配器硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)脈沖分配脈沖分配3、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路 功能：功能：將具有一定頻率、一定數(shù)量和方向的進(jìn)給將具有一定頻率、一定數(shù)量和方向的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)各相定子繞組通斷電的電脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)各相定子繞組通斷電的電平信號(hào)。平信號(hào)。 一個(gè)較完善的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路包括脈沖混一個(gè)較完善的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路包括脈沖混合電路、加減速電路、環(huán)形分配器和功率放

23、大器合電路、加減速電路、環(huán)形分配器和功率放大器（1）脈沖混合電路）脈沖混合電路 功能：將一些信號(hào)混合為使工作臺(tái)正向進(jìn)給的功能：將一些信號(hào)混合為使工作臺(tái)正向進(jìn)給的“正向正向進(jìn)給進(jìn)給”信號(hào)或使工作臺(tái)負(fù)向進(jìn)給的信號(hào)或使工作臺(tái)負(fù)向進(jìn)給的“負(fù)向進(jìn)給負(fù)向進(jìn)給”信號(hào)。信號(hào)。（2）加減脈沖分配電路）加減脈沖分配電路 功能：從正向進(jìn)給方向的進(jìn)給脈沖指令中抵消相同數(shù)功能：從正向進(jìn)給方向的進(jìn)給脈沖指令中抵消相同數(shù)量的反方向補(bǔ)償脈沖。量的反方向補(bǔ)償脈沖。（3）加減速電路）加減速電路 由同步器、可逆計(jì)數(shù)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路由同步器、可逆計(jì)數(shù)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和和RC 變頻振蕩器組成。變頻振蕩器組成。包括三部分：包括三部分：1

24、）升速過(guò)程（）升速過(guò)程（ fa=fb )2）均勻過(guò)程（均勻過(guò)程（fa=fb 后）后）3）降速過(guò)程）降速過(guò)程 在整個(gè)過(guò)程中，進(jìn)給脈沖在整個(gè)過(guò)程中，進(jìn)給脈沖Pa時(shí)可逆計(jì)數(shù)器作加法計(jì)時(shí)可逆計(jì)數(shù)器作加法計(jì)數(shù)，數(shù)，RC變頻振蕩器的輸變頻振蕩器的輸出脈沖出脈沖Pb , 使其作減法計(jì)使其作減法計(jì)數(shù)。由于數(shù)。由于RC變頻振蕩器變頻振蕩器的輸出脈沖的輸出脈沖Pb 是進(jìn)入步是進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的工作脈沖，因此，進(jìn)電機(jī)的工作脈沖，因此，經(jīng)過(guò)加法減速電路保證不經(jīng)過(guò)加法減速電路保證不會(huì)產(chǎn)生丟步。會(huì)產(chǎn)生丟步。（4）環(huán)形分配器）環(huán)形分配器 設(shè)計(jì)環(huán)形分配器時(shí)，先確定步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)環(huán)形分配器時(shí)，先確定步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)。

25、常用的步進(jìn)電機(jī)的工作方式：常用的步進(jìn)電機(jī)的工作方式：運(yùn)轉(zhuǎn)方式運(yùn)轉(zhuǎn)方式三相三拍三相三拍三相六拍三相六拍四相四拍四相四拍四相八拍四相八拍五相五拍五相五拍五相十拍五相十拍拍號(hào)拍號(hào)ABCABCABCDABCDABCDEABCDE11001001100110011000110002010110011011100110011100300101000110110001100110041000111001011110001011105001110000111100000110610110110011171001001000118110110011911001000110110011111000（5）功率放大器

26、）功率放大器 由環(huán)形分配器輸出的脈沖功率很小由環(huán)形分配器輸出的脈沖功率很小(只有幾十只有幾十毫安毫安)，不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的繞組，需進(jìn)，不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的繞組，需進(jìn)行功率放大，使脈沖電流達(dá)行功率放大，使脈沖電流達(dá)110A才行。才行。1）單電壓供電功放器）單電壓供電功放器缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 由于由于R0的存在，無(wú)功功率耗增大。適用于的存在，無(wú)功功率耗增大。適用于小功率步進(jìn)電機(jī)。小功率步進(jìn)電機(jī)。3、提高步進(jìn)伺服系統(tǒng)精度的措施、提高步進(jìn)伺服系統(tǒng)精度的措施（1）傳動(dòng)間隙補(bǔ)償）傳動(dòng)間隙補(bǔ)償當(dāng)收到反向位移指令后，由間隙補(bǔ)償軟件或補(bǔ)償電路當(dāng)收到反向位移指令后，由間隙補(bǔ)償軟件或補(bǔ)償電路產(chǎn)生一定數(shù)量的補(bǔ)償脈沖，

27、使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越過(guò)傳動(dòng)產(chǎn)生一定數(shù)量的補(bǔ)償脈沖，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越過(guò)傳動(dòng)間隙，然后再按指令脈沖使執(zhí)行部件作準(zhǔn)確的位移。間隙，然后再按指令脈沖使執(zhí)行部件作準(zhǔn)確的位移。（2）螺距誤差補(bǔ)償）螺距誤差補(bǔ)償具體做法：具體做法：1）安置兩個(gè)補(bǔ)償桿分別負(fù)責(zé)正誤差和負(fù)誤差的補(bǔ)償。）安置兩個(gè)補(bǔ)償桿分別負(fù)責(zé)正誤差和負(fù)誤差的補(bǔ)償。2）在兩個(gè)補(bǔ)償桿上，根據(jù)絲杠全程的誤差分析及上述誤）在兩個(gè)補(bǔ)償桿上，根據(jù)絲杠全程的誤差分析及上述誤差補(bǔ)償原理，設(shè)置補(bǔ)償開關(guān)或擋塊；差補(bǔ)償原理，設(shè)置補(bǔ)償開關(guān)或擋塊；3）當(dāng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，安裝在機(jī)床上的微動(dòng)開關(guān)每于）當(dāng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，安裝在機(jī)床上的微動(dòng)開關(guān)每于擋塊接觸一次，就發(fā)出一個(gè)誤差補(bǔ)償信

28、號(hào)，對(duì)螺距誤擋塊接觸一次，就發(fā)出一個(gè)誤差補(bǔ)償信號(hào)，對(duì)螺距誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以消除螺距的累計(jì)誤差。差進(jìn)行補(bǔ)償，以消除螺距的累計(jì)誤差。（3）細(xì)分線路）細(xì)分線路n把步進(jìn)電機(jī)的一步再分得細(xì)一些。換句話說(shuō)，把步進(jìn)電機(jī)的一步再分得細(xì)一些。換句話說(shuō)，采用十細(xì)分線路后，在進(jìn)給采用十細(xì)分線路后，在進(jìn)給速度速度不變的情況下，不變的情況下，可使脈沖當(dāng)量縮小到原來(lái)的可使脈沖當(dāng)量縮小到原來(lái)的1/10.第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置1、檢測(cè)裝置的作用、檢測(cè)裝置的作用 檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)的重要組成部分 其作用是：其作用是：檢測(cè)位移和速度，發(fā)送反饋信號(hào)，

29、構(gòu)成檢測(cè)位移和速度，發(fā)送反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)控制。閉環(huán)控制。 閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的加工精度主要取決于閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床的加工精度主要取決于檢測(cè)系檢測(cè)系統(tǒng)的精度。統(tǒng)的精度。2、數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求、數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求1)、高的可靠性和高抗干擾性；、高的可靠性和高抗干擾性；2)、使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；、使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；3)、滿足精度與速度要求和機(jī)床工作行程的要求；、滿足精度與速度要求和機(jī)床工作行程的要求；4)、成本低；、成本低；5)、便于與數(shù)控系統(tǒng)相聯(lián)。、便于與數(shù)控系統(tǒng)相聯(lián)。 不同類型數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的精度和適應(yīng)的速度不同類型數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的精度和適

30、應(yīng)的速度要求是不同的：要求是不同的： 對(duì)于大型機(jī)床以滿足速度要求為主；對(duì)于大型機(jī)床以滿足速度要求為主； 對(duì)中、小型機(jī)床和高精度機(jī)床以滿足精度要求為主。對(duì)中、小型機(jī)床和高精度機(jī)床以滿足精度要求為主。3、檢測(cè)裝置的分類、檢測(cè)裝置的分類（1）按檢測(cè)信號(hào)的類型分）按檢測(cè)信號(hào)的類型分 連連續(xù)續(xù)變變量量來(lái)來(lái)表表示示模模擬擬式式：被被測(cè)測(cè)量量的的量量用用數(shù)數(shù)字字式式的的裝裝置置大大多多數(shù)數(shù)的的數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)采采用用數(shù)數(shù)字字的的形形式式來(lái)來(lái)表表示示數(shù)數(shù)字字式式：被被測(cè)測(cè)量量的的量量以以（2）按測(cè)量方式分類）按測(cè)量方式分類（3）按測(cè)量獲得的值來(lái)分類）按測(cè)量獲得的值來(lái)分類 絕對(duì)式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量和 增量式測(cè)量：

31、增量式測(cè)量： 元元件件測(cè)測(cè)量量線線位位移移采采用用回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)型型檢檢測(cè)測(cè)間間接接測(cè)測(cè)量量：對(duì)對(duì)機(jī)機(jī)床床的的直直元元件件測(cè)測(cè)量量線線位位移移采采用用直直線線型型檢檢測(cè)測(cè)直直接接測(cè)測(cè)量量：對(duì)對(duì)機(jī)機(jī)床床的的直直絕對(duì)式絕對(duì)式增量式增量式絕對(duì)式絕對(duì)式增量式增量式絕對(duì)值式磁尺絕對(duì)值式磁尺直線感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器磁尺磁尺容柵容柵編碼尺編碼尺長(zhǎng)光柵長(zhǎng)光柵直線干直線干涉儀涉儀直直線線型型多極旋轉(zhuǎn)變壓器多極旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器圓感應(yīng)同步器圓感應(yīng)同步器圓磁柵圓磁柵編碼盤編碼盤圓光柵圓光柵回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)型型模擬式模擬式數(shù)字式數(shù)字式常用位置檢測(cè)元件常用位置檢測(cè)元件一、旋轉(zhuǎn)變壓器一、旋轉(zhuǎn)變壓器1、旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)、旋

32、轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu) 分為定子和轉(zhuǎn)子分為定子和轉(zhuǎn)子 根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組兩種不同的引出方式分為有刷式和無(wú)根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組兩種不同的引出方式分為有刷式和無(wú)刷式兩種結(jié)構(gòu)。刷式兩種結(jié)構(gòu)。2、旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理、旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理設(shè)加在定子繞組設(shè)加在定子繞組S1S2的激磁電壓為的激磁電壓為 Vs= Vmsint轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為VB= KVs sin =KVm sinsintK：電磁耦合系數(shù)電磁耦合系數(shù) Vm：Vs的幅值的幅值：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角二、感應(yīng)同步器二、感應(yīng)同步器n感應(yīng)同步器是一種電磁式位置檢測(cè)元件，按其結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器是一種電磁式位置檢測(cè)元件，按其結(jié)構(gòu)分為直線式和旋轉(zhuǎn)式。分為直線式和

33、旋轉(zhuǎn)式。n直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成（直線位移測(cè)直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成（直線位移測(cè)量）旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由定子和轉(zhuǎn)子組成。（角位量）旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由定子和轉(zhuǎn)子組成。（角位移測(cè)量）移測(cè)量）1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)定尺定尺滑尺滑尺：連續(xù)繞組：連續(xù)繞組正弦繞組正弦繞組余弦繞組余弦繞組定尺和滑尺的節(jié)距相同，定尺和滑尺的節(jié)距相同，標(biāo)準(zhǔn)型的感應(yīng)同步器的節(jié)距為：標(biāo)準(zhǔn)型的感應(yīng)同步器的節(jié)距為：2 =2mm兩相繞組在空間相差兩相繞組在空間相差1/2個(gè)節(jié)距個(gè)節(jié)距2、工作原理、工作原理nA點(diǎn)表示滑尺繞組與定尺點(diǎn)表示滑尺繞組與定尺繞組重合，定尺繞組中繞組重合，定尺繞組中的感應(yīng)電勢(shì)最大。的感應(yīng)電勢(shì)最大。nB點(diǎn)

34、表示兩繞組錯(cuò)開點(diǎn)表示兩繞組錯(cuò)開1/4節(jié)距，感應(yīng)電勢(shì)減為零。節(jié)距，感應(yīng)電勢(shì)減為零。nC點(diǎn)表示兩繞組錯(cuò)開點(diǎn)表示兩繞組錯(cuò)開1/2節(jié)距，感應(yīng)電勢(shì)負(fù)的最節(jié)距，感應(yīng)電勢(shì)負(fù)的最大。大。nD點(diǎn)表示兩繞組錯(cuò)開點(diǎn)表示兩繞組錯(cuò)開3/4節(jié)距，感應(yīng)電勢(shì)再次變節(jié)距，感應(yīng)電勢(shì)再次變?yōu)榱?。為零。滑尺在移?dòng)一個(gè)節(jié)距的過(guò)程中，感應(yīng)同步滑尺在移動(dòng)一個(gè)節(jié)距的過(guò)程中，感應(yīng)同步器定尺繞組的感應(yīng)電勢(shì)近似于余弦函數(shù)變器定尺繞組的感應(yīng)電勢(shì)近似于余弦函數(shù)變化了一個(gè)周期?；艘粋€(gè)周期。 設(shè)設(shè)VS是加在滑尺任一繞組上的激磁交變電是加在滑尺任一繞組上的激磁交變電壓壓 ： VS=Vmsin t 定尺繞組上的感應(yīng)電勢(shì)為：定尺繞組上的感應(yīng)電勢(shì)為： VB=K

35、VScos = KVmcos sin t 式中：式中： K-電磁耦合系數(shù)電磁耦合系數(shù) Vm-V的幅值的幅值 -反映定尺和滑尺的相對(duì)移動(dòng)的距離反映定尺和滑尺的相對(duì)移動(dòng)的距離xxx 22三、光柵三、光柵1、光柵的種類及結(jié)構(gòu)、光柵的種類及結(jié)構(gòu)（1）光柵種類）光柵種類 按反射的原理分：按反射的原理分： 1）透視光柵）透視光柵 在玻璃的表面制成透明與不透明間隔相等的線紋。在玻璃的表面制成透明與不透明間隔相等的線紋。 其特點(diǎn)為：其特點(diǎn)為： 光源可垂直入射，信號(hào)幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)光源可垂直入射，信號(hào)幅度大，讀數(shù)頭結(jié)構(gòu) 較簡(jiǎn)較簡(jiǎn)單；單； 每毫米上的線紋數(shù)多。每毫米上的線紋數(shù)多。 玻璃易碎，熱脹系數(shù)與金屬部件不

36、一致。玻璃易碎，熱脹系數(shù)與金屬部件不一致。2）反射光柵）反射光柵 在金屬的鏡面上制成全反射與漫反射間隔相等的線紋。在金屬的鏡面上制成全反射與漫反射間隔相等的線紋。 其特點(diǎn)為：其特點(diǎn)為： 長(zhǎng)光柵的熱脹系數(shù)容易做成與機(jī)休材料一致；長(zhǎng)光柵的熱脹系數(shù)容易做成與機(jī)休材料一致； 長(zhǎng)光柵的安裝和調(diào)整比較方便；長(zhǎng)光柵的安裝和調(diào)整比較方便； 安裝面積較??；安裝面積較??； 易于接長(zhǎng)；易于接長(zhǎng)； 不易碰碎；不易碰碎； 形成的莫爾條紋反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜過(guò)多。形成的莫爾條紋反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜過(guò)多。按形狀分：按形狀分：（2）光柵位置檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)）光柵位置檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu) 圓圓光光柵柵：測(cè)測(cè)量量角角位位移移

37、長(zhǎng)長(zhǎng)光光柵柵：測(cè)測(cè)量量直直線線位位移移 硅硅光光電電池池等等元元件件指指示示光光柵柵標(biāo)標(biāo)尺尺光光柵柵（長(zhǎng)長(zhǎng)光光柵柵）聚聚光光鏡鏡光光源源2、光柵的工作原理、光柵的工作原理（1）摩爾條紋）摩爾條紋白色代表不透光，黑色代表透光白色代表不透光，黑色代表透光兩條刻線之間的間隔稱為柵距。兩條刻線之間的間隔稱為柵距。若若1毫米內(nèi)刻毫米內(nèi)刻100條線紋，則柵距為條線紋，則柵距為0.01mmWW為摩爾條紋的寬度。為摩爾條紋的寬度?？梢姡耗枟l紋可將原來(lái)的很小的柵距放大?？梢姡耗枟l紋可將原來(lái)的很小的柵距放大。莫爾條紋的特點(diǎn)莫爾條紋的特點(diǎn)（1）放大作用）放大作用mm sinWc Wc莫爾條紋寬度；莫爾條紋寬度；

38、 柵距；柵距； 光柵線紋間的交角。光柵線紋間的交角。由于由于很小，很小，Wc可以比可以比大很多倍。大很多倍。例如：例如：=0.01mm，=0.001rad時(shí)，時(shí)， 莫爾條紋的寬度莫爾條紋的寬度Wc=10mm，其放大倍數(shù)相當(dāng)于其放大倍數(shù)相當(dāng)于1000倍，從而減化了放大電路。倍，從而減化了放大電路。 （2）平均效應(yīng)）平均效應(yīng) 起平均誤差的作用起平均誤差的作用 莫爾條紋是由許多根線紋組成的。如：光莫爾條紋是由許多根線紋組成的。如：光柵為柵為100線線/mm一條一條10mm長(zhǎng)的莫爾條紋由：長(zhǎng)的莫爾條紋由：100線線/mm10mm=1000條光柵線紋組成，條光柵線紋組成，光柵上線紋的間距誤差就平均化。光

39、柵上線紋的間距誤差就平均化。（3）莫爾條紋的移動(dòng)規(guī)律與柵距之間的移動(dòng)成）莫爾條紋的移動(dòng)規(guī)律與柵距之間的移動(dòng)成 比例比例 當(dāng)光柵向左、右移動(dòng)一個(gè)柵距當(dāng)光柵向左、右移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條莫爾條紋也相應(yīng)地向上、下移動(dòng)一個(gè)紋也相應(yīng)地向上、下移動(dòng)一個(gè)WC。 莫爾條紋的移動(dòng)有如下規(guī)律：莫爾條紋的移動(dòng)有如下規(guī)律： 若長(zhǎng)光柵不動(dòng)，指示光柵逆時(shí)鐘方向轉(zhuǎn)若長(zhǎng)光柵不動(dòng)，指示光柵逆時(shí)鐘方向轉(zhuǎn)一個(gè)小角度（一個(gè)小角度（+），），然后向左移動(dòng)，則然后向左移動(dòng)，則莫爾條紋向上移動(dòng)；反之，當(dāng)指示光柵莫爾條紋向上移動(dòng)；反之，當(dāng)指示光柵向右移動(dòng)，條紋向下移動(dòng)。如果將指示向右移動(dòng)，條紋向下移動(dòng)。如果將指示光柵按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度

40、光柵按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度(-)，則情況與上述相反則情況與上述相反 。當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距時(shí)，摩爾條紋的亮度當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距時(shí)，摩爾條紋的亮度也變化了一個(gè)周期。也變化了一個(gè)周期。E光的強(qiáng)度光的強(qiáng)度x位移位移光電接收元件光電接收元件（）光柵的辨向（）光柵的辨向 采用一個(gè)光電元件所得到的光柵信號(hào)只能計(jì)數(shù)，采用一個(gè)光電元件所得到的光柵信號(hào)只能計(jì)數(shù)，但不能辨識(shí)運(yùn)動(dòng)方向，為了確定運(yùn)動(dòng)方向，至少但不能辨識(shí)運(yùn)動(dòng)方向，為了確定運(yùn)動(dòng)方向，至少要有兩個(gè)光電元件。如圖所示。要有兩個(gè)光電元件。如圖所示。光電元件光電元件S1光電元件光電元件S2兩個(gè)光電元件位置間隔兩個(gè)光電元件位置間隔1/4個(gè)摩爾條紋間距。個(gè)摩爾條紋

41、間距。產(chǎn)生的光電強(qiáng)度相差產(chǎn)生的光電強(qiáng)度相差900ExS1S2S2通過(guò)判斷通過(guò)判斷S1和和S2的超前或滯的超前或滯后來(lái)確定移后來(lái)確定移動(dòng)的方向。動(dòng)的方向。（3）光柵位移）光柵位移數(shù)字變換電路數(shù)字變換電路n為了提高光柵檢測(cè)裝置的精度，可以提高刻線精度為了提高光柵檢測(cè)裝置的精度，可以提高刻線精度和增加刻線密度。但刻線密度達(dá)和增加刻線密度。但刻線密度達(dá)200線線/mm以上的以上的細(xì)光柵刻線制造較困難，成本也高。因此，通常采細(xì)光柵刻線制造較困難，成本也高。因此，通常采用倍頻的方法來(lái)提高光柵的分辨精度，見圖用倍頻的方法來(lái)提高光柵的分辨精度，見圖6-26采采用四倍頻方案用四倍頻方案 。光電元件由四塊光電池組

42、成，產(chǎn)生。光電元件由四塊光電池組成，產(chǎn)生的信號(hào)，相位相差的信號(hào)，相位相差90度。該電路還將模擬位移轉(zhuǎn)化度。該電路還將模擬位移轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。為數(shù)字量。 設(shè)光柵刻線的密度為：設(shè)光柵刻線的密度為：50線線/mm，采用采用4個(gè)光電元個(gè)光電元件和件和4個(gè)隙縫，每隔個(gè)隙縫，每隔1/4光柵節(jié)距產(chǎn)生一個(gè)脈沖。雖光柵節(jié)距產(chǎn)生一個(gè)脈沖。雖然光柵柵距為然光柵柵距為0.02mm，但但4倍頻后，每一脈沖都相倍頻后，每一脈沖都相當(dāng)于當(dāng)于5m，即分辨精度提高即分辨精度提高4倍。此外，還采用倍。此外，還采用8、10、20倍頻及其它倍頻線路。倍頻及其它倍頻線路。 xE四、脈沖編碼器四、脈沖編碼器 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生

43、器。它將脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器。它將轉(zhuǎn)角電脈沖，是一種常用的角位移傳感器。轉(zhuǎn)角電脈沖，是一種常用的角位移傳感器。 絕絕對(duì)對(duì)值值式式編編碼碼器器增增量量式式編編碼碼器器為為：按按編編碼碼的的方方式式分分，可可分分1、增量式編碼器、增量式編碼器增量式脈沖編碼器實(shí)際上就是圓光柵。在圓增量式脈沖編碼器實(shí)際上就是圓光柵。在圓盤的周圍上分成等距的透光和不透光部分相盤的周圍上分成等距的透光和不透光部分相間的輻射狀線紋，該圓盤與工作軸一起旋轉(zhuǎn)。間的輻射狀線紋，該圓盤與工作軸一起旋轉(zhuǎn)。 辨向指示光柵上有兩段線紋組辨向指示光柵上有兩段線紋組A和和B，每一組的線紋每一組的線紋間節(jié)距與圓光柵相同，而間節(jié)距與

44、圓光柵相同，而A組和組和B組的線紋彼此錯(cuò)開組的線紋彼此錯(cuò)開1/4節(jié)距。指示光柵固定在底座上，與圓光柵的線紋節(jié)距。指示光柵固定在底座上，與圓光柵的線紋平行的放置，兩者保持一定距離。平行的放置，兩者保持一定距離。 光線透過(guò)圓光柵光線透過(guò)圓光柵和指示光柵的線和指示光柵的線紋，在光電元件紋，在光電元件上形成明暗交替上形成明暗交替變化的條紋，產(chǎn)變化的條紋，產(chǎn)生近似于正弦波生近似于正弦波的電流信號(hào)的電流信號(hào)A和和B，兩者的相位相差兩者的相位相差90度。度。若若A相超前于相超前于B相相 電機(jī)作電機(jī)作正向旋轉(zhuǎn)；正向旋轉(zhuǎn)；若若B相超前于相超前于A相相 電機(jī)作電機(jī)作反向旋轉(zhuǎn)反向旋轉(zhuǎn) ；C相是一轉(zhuǎn)脈沖，產(chǎn)生機(jī)床相是

45、一轉(zhuǎn)脈沖，產(chǎn)生機(jī)床的基準(zhǔn)點(diǎn)，又稱零點(diǎn)脈沖。的基準(zhǔn)點(diǎn)，又稱零點(diǎn)脈沖。 在應(yīng)用時(shí)，從脈沖編碼器輸出的在應(yīng)用時(shí)，從脈沖編碼器輸出的A和，和，B和四個(gè)方波引入和四個(gè)方波引入位置控制回路，經(jīng)辨向和乘以倍率后，變成代表位移量位置控制回路，經(jīng)辨向和乘以倍率后，變成代表位移量的測(cè)量脈沖；經(jīng)頻率一電壓變換變成正比于頻率的電壓，的測(cè)量脈沖；經(jīng)頻率一電壓變換變成正比于頻率的電壓，作為速度反饋信號(hào)，速度控制單元進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。作為速度反饋信號(hào)，速度控制單元進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。2、絕對(duì)值式編碼器、絕對(duì)值式編碼器n增量式脈沖編碼有個(gè)缺點(diǎn)：在加工過(guò)程增量式脈沖編碼有個(gè)缺點(diǎn)：在加工過(guò)程中，若遇因故障而停止加工時(shí)，一旦故中，若遇因故障

46、而停止加工時(shí)，一旦故障排除后，就不能找到事故前執(zhí)行部件障排除后，就不能找到事故前執(zhí)行部件的正確位置。采用絕對(duì)值編碼器就可以的正確位置。采用絕對(duì)值編碼器就可以解決這個(gè)問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題。n絕對(duì)式編碼器可以直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角過(guò)位絕對(duì)式編碼器可以直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角過(guò)位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的代碼，指示的是絕對(duì)位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的代碼，指示的是絕對(duì)位置而無(wú)絕對(duì)誤差。置而無(wú)絕對(duì)誤差。注：白色部分透光注：白色部分透光表示表示0；黑色部分透光黑色部分透光表示表示1；圓盤內(nèi)端圓盤內(nèi)端(靠軸端靠軸端)是二進(jìn)制高位，外端是二進(jìn)是二進(jìn)制高位，外端是二進(jìn)制的低位。制的低位。 （1）分類）分類 接觸式、光電式和電磁式等接觸式、光電式和電磁式

47、等（2）工作原理）工作原理 通過(guò)讀取編碼盤上的圖案來(lái)表示軸的位置。通過(guò)讀取編碼盤上的圖案來(lái)表示軸的位置。 采用的編碼有：二進(jìn)制編碼、二進(jìn)制循環(huán)碼、二采用的編碼有：二進(jìn)制編碼、二進(jìn)制循環(huán)碼、二十進(jìn)制碼等；十進(jìn)制碼等；（3）二進(jìn)制與二進(jìn)制循環(huán)碼的比較）二進(jìn)制與二進(jìn)制循環(huán)碼的比較n二進(jìn)制編碼方式的缺點(diǎn)：圖案轉(zhuǎn)移點(diǎn)不明確，容易二進(jìn)制編碼方式的缺點(diǎn)：圖案轉(zhuǎn)移點(diǎn)不明確，容易產(chǎn)生讀數(shù)錯(cuò)誤。產(chǎn)生讀數(shù)錯(cuò)誤。n二進(jìn)制循環(huán)編碼：圖案的切換每次只有一位數(shù)，能二進(jìn)制循環(huán)編碼：圖案的切換每次只有一位數(shù)，能把誤讀控制在一個(gè)數(shù)的單位內(nèi)，提高可靠性。把誤讀控制在一個(gè)數(shù)的單位內(nèi)，提高可靠性。4、絕對(duì)值式編碼的特點(diǎn)、絕對(duì)值式編碼的

48、特點(diǎn)1）可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值；）可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對(duì)值； 2）沒有累積誤差；）沒有累積誤差；3）電源切除后，位置信息不會(huì)丟失；）電源切除后，位置信息不會(huì)丟失；4）允許的最高轉(zhuǎn)速比增量式編碼器高。）允許的最高轉(zhuǎn)速比增量式編碼器高。 第四節(jié)第四節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 工作可靠、抗干擾性強(qiáng)，伺服精度高。工作可靠、抗干擾性強(qiáng)，伺服精度高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試、使用與維護(hù)也相對(duì)更困難。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試、使用與維護(hù)也相對(duì)更困難。一、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件一、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件 執(zhí)行元件是它的重要組成部分，它的作用是把驅(qū)動(dòng)線執(zhí)行元件是它的重要組成部分，它的作用是把驅(qū)

49、動(dòng)線路的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，整個(gè)伺服系統(tǒng)的調(diào)速性路的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，整個(gè)伺服系統(tǒng)的調(diào)速性能、動(dòng)態(tài)特性，運(yùn)行精度均與執(zhí)行元件有關(guān)。能、動(dòng)態(tài)特性，運(yùn)行精度均與執(zhí)行元件有關(guān)。伺服系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件有如下的要求：伺服系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件有如下的要求： 調(diào)速范圍寬且具有良好的穩(wěn)定性，尤其調(diào)速范圍寬且具有良好的穩(wěn)定性，尤其是低速運(yùn)行的穩(wěn)定性和均勻性。是低速運(yùn)行的穩(wěn)定性和均勻性。 負(fù)載特性硬，即使在低速時(shí)也有足夠的負(fù)載特性硬，即使在低速時(shí)也有足夠的負(fù)載能力。負(fù)載能力。 盡可能的減少電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以提高盡可能的減少電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以提高系統(tǒng)的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。系統(tǒng)的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 能夠頻繁啟、停及換向。能夠頻繁啟

50、、停及換向。1、直流伺服電機(jī)、直流伺服電機(jī)（1）小慣量直流伺服電機(jī)）小慣量直流伺服電機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，約為一般直流電機(jī)的）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，約為一般直流電機(jī)的1/10。2）具有良好的換向性能。）具有良好的換向性能。3）由于轉(zhuǎn)子無(wú)槽，保證了低速運(yùn)行的穩(wěn)定性和均勻）由于轉(zhuǎn)子無(wú)槽，保證了低速運(yùn)行的穩(wěn)定性和均勻性。在轉(zhuǎn)速低達(dá)性。在轉(zhuǎn)速低達(dá)10r/min時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。4）過(guò)載能力強(qiáng)，最大電磁轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定值的）過(guò)載能力強(qiáng)，最大電磁轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定值的10倍。倍。5）熱時(shí)間常數(shù)較小，容許過(guò)載的持續(xù)時(shí)間不能太長(zhǎng)。）熱時(shí)間常數(shù)較小，容許過(guò)載的持續(xù)時(shí)間不能太長(zhǎng)。（2）寬調(diào)速直流伺服電機(jī)）寬調(diào)速直流

51、伺服電機(jī)n它是在維持一般直流電機(jī)較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的前提下，它是在維持一般直流電機(jī)較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的前提下，盡可能提高轉(zhuǎn)矩的方法來(lái)改善其動(dòng)態(tài)特性。具有盡可能提高轉(zhuǎn)矩的方法來(lái)改善其動(dòng)態(tài)特性。具有快速響應(yīng)性能，即較好的輸出轉(zhuǎn)矩快速響應(yīng)性能，即較好的輸出轉(zhuǎn)矩/慣量的比值。慣量的比值。n特點(diǎn)：特點(diǎn)：1）高轉(zhuǎn)矩高轉(zhuǎn)矩 2）調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬 3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)好）動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 4）過(guò)載能力強(qiáng)過(guò)載能力強(qiáng) 5）易于調(diào)試易于調(diào)試（3）直流伺服電機(jī)的速度調(diào)節(jié)）直流伺服電機(jī)的速度調(diào)節(jié)n直流伺服電機(jī)的調(diào)整方法主要是調(diào)整電機(jī)電樞電壓。直流伺服電機(jī)的調(diào)整方法主要是調(diào)整電機(jī)電樞電壓。n一般直流速度控制單元較多采用晶閘管調(diào)速系統(tǒng)和一般直流

52、速度控制單元較多采用晶閘管調(diào)速系統(tǒng)和晶體管脈寬調(diào)制晶體管脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。nPWM調(diào)速原理是利用脈寬調(diào)制器對(duì)大功率晶體管開調(diào)速原理是利用脈寬調(diào)制器對(duì)大功率晶體管開關(guān)放大器的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制，將直流電壓轉(zhuǎn)換成關(guān)放大器的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制，將直流電壓轉(zhuǎn)換成某一頻率的方波電壓，加到直流電機(jī)某一頻率的方波電壓，加到直流電機(jī) 電樞兩端，通電樞兩端，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制改變電樞兩端的平均電壓，過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制改變電樞兩端的平均電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。（1）PWM工作原理工作原理 圖圖a中的開關(guān)中的開關(guān)S周期的閉合、斷開，開和斷的周期是周期的

53、閉合、斷開，開和斷的周期是T。在一個(gè)周期內(nèi)，閉合時(shí)間為在一個(gè)周期內(nèi)，閉合時(shí)間為,若外加電源的電壓若外加電源的電壓U是是常數(shù)，則電源加到電機(jī)電樞上的電壓波形將是一個(gè)方常數(shù)，則電源加到電機(jī)電樞上的電壓波形將是一個(gè)方波，它的平均值波，它的平均值Ua 為為: Ua =r U。 = /T ,稱為導(dǎo)通率稱為導(dǎo)通率。 當(dāng)當(dāng)T不變時(shí)，只要連續(xù)地改變不變時(shí)，只要連續(xù)地改變 (0T),就可就可使電樞電壓的平均值由使電樞電壓的平均值由0連續(xù)變化到連續(xù)變化到U，從而連續(xù)地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。從而連續(xù)地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。UUTUa PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)：調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)： 頻帶寬：截止頻率高于晶閘管，系統(tǒng)有較高頻帶寬：截止頻率

54、高于晶閘管，系統(tǒng)有較高的工作頻率，其開關(guān)工作頻率多為的工作頻率，其開關(guān)工作頻率多為2kHz或或5KHz。 電機(jī)脈動(dòng)小：輸出轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，對(duì)低速加工有電機(jī)脈動(dòng)?。狠敵鲛D(zhuǎn)矩平穩(wěn)，對(duì)低速加工有利。利。 電源的功率因數(shù)高。電源的功率因數(shù)高。 動(dòng)態(tài)硬度好，系統(tǒng)具有良好的線性。動(dòng)態(tài)硬度好，系統(tǒng)具有良好的線性。2、交流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，能在較寬的轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，能在較寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。范圍內(nèi)產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。 交流伺服電機(jī)的速度調(diào)節(jié)通常由調(diào)頻調(diào)速的方法實(shí)交流伺服電機(jī)的速度調(diào)節(jié)通常由調(diào)頻調(diào)速的方法實(shí)

55、現(xiàn)?，F(xiàn)。)1(120spfn 交流伺服電機(jī)變頻調(diào)速的關(guān)鍵問(wèn)題是獲得調(diào)速調(diào)壓交流伺服電機(jī)變頻調(diào)速的關(guān)鍵問(wèn)題是獲得調(diào)速調(diào)壓的交流電源。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓通常采用交流的交流電源。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓通常采用交流直流直流交流的變換電路實(shí)現(xiàn)，其主要組成部分是電流逆變交流的變換電路實(shí)現(xiàn)，其主要組成部分是電流逆變器。器。二、鑒相式伺服系統(tǒng)二、鑒相式伺服系統(tǒng)n鑒相式伺服系統(tǒng)是采用相位比較方法實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)鑒相式伺服系統(tǒng)是采用相位比較方法實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)及半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)。及半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)。1、鑒相式伺服系統(tǒng)的基本組成和工作原理、鑒相式伺服系統(tǒng)的基本組成和工作原理 主要基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器、鑒相器、檢測(cè)元件及信號(hào)處主要基準(zhǔn)信號(hào)

56、發(fā)生器、鑒相器、檢測(cè)元件及信號(hào)處理線路、脈沖調(diào)相器和執(zhí)行元件等組成。理線路、脈沖調(diào)相器和執(zhí)行元件等組成?；鶞?zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出一列具有一定頻率的脈沖信號(hào)，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)，其作用是為伺服系統(tǒng)提供一個(gè)相位比較的基準(zhǔn)。其作用是為伺服系統(tǒng)提供一個(gè)相位比較的基準(zhǔn)。脈沖調(diào)相器是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相位變化信號(hào)，脈沖調(diào)相器是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相位變化信號(hào)，該相位變化信號(hào)可用正弦波或方波表示。該相位變化信號(hào)可用正弦波或方波表示。檢測(cè)元件及信號(hào)處理線路的作用是檢測(cè)工作臺(tái)的位移，檢測(cè)元件及信號(hào)處理線路的作用是檢測(cè)工作臺(tái)的位移，并表達(dá)為基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差。此相位差的大小代表并表達(dá)為基準(zhǔn)信號(hào)之間

57、的相位差。此相位差的大小代表了工作臺(tái)的實(shí)際位移量。了工作臺(tái)的實(shí)際位移量。鑒相器的輸入信號(hào)有兩路：鑒相器的輸入信號(hào)有兩路：1.來(lái)自脈沖調(diào)相器的指令來(lái)自脈沖調(diào)相器的指令進(jìn)給信號(hào)。進(jìn)給信號(hào)。2.來(lái)自檢測(cè)元件及信號(hào)線路的反饋信號(hào)。這來(lái)自檢測(cè)元件及信號(hào)線路的反饋信號(hào)。這兩路信號(hào)用它們與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差表示，且同兩路信號(hào)用它們與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差表示，且同頻率、同周期。鑒相器的作用是鑒別出兩個(gè)信號(hào)之間頻率、同周期。鑒相器的作用是鑒別出兩個(gè)信號(hào)之間的相位差，并以與此相位差信號(hào)成正比的電壓信號(hào)輸?shù)南辔徊?，并以與此相位差信號(hào)成正比的電壓信號(hào)輸出。鑒相器的輸出信號(hào)比較弱，需要進(jìn)行電壓和功率出。鑒相器的輸出信

58、號(hào)比較弱，需要進(jìn)行電壓和功率放大，再去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。放大，再去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。2、鑒相式伺服系統(tǒng)的類別、鑒相式伺服系統(tǒng)的類別（1）以旋轉(zhuǎn)變壓器為測(cè)量元件的半閉環(huán)伺服）以旋轉(zhuǎn)變壓器為測(cè)量元件的半閉環(huán)伺服系系,是以旋轉(zhuǎn)變壓器為測(cè)量元件，它的執(zhí)行是以旋轉(zhuǎn)變壓器為測(cè)量元件，它的執(zhí)行元件是寬調(diào)速直流電機(jī)。元件是寬調(diào)速直流電機(jī)。（2）以直線式感應(yīng)同步器為測(cè)量元件的閉環(huán)）以直線式感應(yīng)同步器為測(cè)量元件的閉環(huán)伺服系統(tǒng)，與（伺服系統(tǒng)，與（1）的唯一區(qū)別是測(cè)量元件）的唯一區(qū)別是測(cè)量元件直接安裝在機(jī)床的工作臺(tái)。直接安裝在機(jī)床的工作臺(tái)。（3）以光柵為測(cè)量元件的數(shù)字相位比較伺服）以光柵為測(cè)量元件的數(shù)字相位比較伺服系統(tǒng)。它的

59、測(cè)量元件是光柵，執(zhí)行元件是寬系統(tǒng)。它的測(cè)量元件是光柵，執(zhí)行元件是寬調(diào)速直流伺服電機(jī)。調(diào)速直流伺服電機(jī)。3、鑒相式伺服系統(tǒng)的主要控制線路、鑒相式伺服系統(tǒng)的主要控制線路（1）脈沖調(diào)相器脈沖調(diào)相器（2）鑒相器）鑒相器n鑒相器的主要功能是鑒別兩個(gè)輸入信號(hào)的鑒相器的主要功能是鑒別兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差及其超前滯后關(guān)系。相位差及其超前滯后關(guān)系。n常用的鑒相器有兩種：常用的鑒相器有兩種：二極管鑒相器：它可以鑒別正弦信號(hào)之間的二極管鑒相器：它可以鑒別正弦信號(hào)之間的相位差；相位差；門電路型鑒相器：它對(duì)方波信號(hào)之間的相位門電路型鑒相器：它對(duì)方波信號(hào)之間的相位差進(jìn)行鑒別差進(jìn)行鑒別三、鑒幅式伺服系統(tǒng)三、鑒幅式伺服系統(tǒng)

60、鑒幅式伺服系統(tǒng)是以位移檢測(cè)信號(hào)的幅值大小來(lái)反映鑒幅式伺服系統(tǒng)是以位移檢測(cè)信號(hào)的幅值大小來(lái)反映機(jī)械位移的數(shù)值，并以此作為位置反饋信號(hào)與指令信機(jī)械位移的數(shù)值，并以此作為位置反饋信號(hào)與指令信號(hào)進(jìn)行比較構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。號(hào)進(jìn)行比較構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。1、鑒幅式伺服系統(tǒng)的工作原理、鑒幅式伺服系統(tǒng)的工作原理它與鑒相式伺服系統(tǒng)的主要區(qū)別它與鑒相式伺服系統(tǒng)的主要區(qū)別n它的測(cè)量元件是以鑒幅式工作狀態(tài)進(jìn)行，可用于鑒幅它的測(cè)量元件是以鑒幅式工作狀態(tài)進(jìn)行，可用于鑒幅式伺服系統(tǒng)的測(cè)量元件有旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器；式伺服系統(tǒng)的測(cè)量元件有旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器；n比較器所比較的是數(shù)字脈沖量而不是相位信號(hào)。比較器所比較的是