第五章伺服驅(qū)動系統(tǒng)

1、第五章第五章 伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng)概述步進伺服系統(tǒng)步進伺服系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng) 交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)檢測元件伺服系統(tǒng)檢測元件第一節(jié)伺服系統(tǒng)概述第一節(jié)伺服系統(tǒng)概述n一、伺服系統(tǒng)的定義一、伺服系統(tǒng)的定義n二、伺服系統(tǒng)的組成二、伺服系統(tǒng)的組成n三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類n四、對伺服系統(tǒng)的基本要求四、對伺服系統(tǒng)的基本要求一、伺服系統(tǒng)的定義一、伺服系統(tǒng)的定義是以是以機械位置機械位置（線位移、角位移線位移、角位移）以及）以及速度速度（線線速度、角速度速度、角速度） 作為作為控制目標控制目標的的自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)。也可稱為也可稱為隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)

2、，簡稱為，簡稱為伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)。CNC裝置是數(shù)控機床的裝置是數(shù)控機床的“大腦（指揮機構）大腦（指揮機構）”，伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng) 是數(shù)控機床的是數(shù)控機床的“四肢（四肢（執(zhí)行機構執(zhí)行機構）”。二、伺服系統(tǒng)的組成二、伺服系統(tǒng)的組成位置控制單元；速度控制單元；伺服驅(qū)動電機；檢測與反饋單元位置控制單元；速度控制單元；伺服驅(qū)動電機；檢測與反饋單元伺服驅(qū)動裝置：速度控制單元伺服驅(qū)動裝置：速度控制單元+伺服電動機伺服電動機速度控制單元：速度調(diào)節(jié)器速度控制單元：速度調(diào)節(jié)器+電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器+功率驅(qū)動電源功率驅(qū)動電源伺服電動機：步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機伺服電動機：步進電動機、直流伺服電動機、

3、交流伺服電動機位置控制位置控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋檢測與反饋單元單元位 置 控 制位 置 控 制單元單元速 度 控 制速 度 控 制單元單元+-電電機機機 械 執(zhí) 行機 械 執(zhí) 行部件部件CNC插插補補指令指令實際實際位置位置反饋反饋實際實際速度速度反饋反饋數(shù)控系統(tǒng)工作過程數(shù)控系統(tǒng)工作過程譯譯 碼碼刀刀 補補 處處 理理插插 補補 處處 理理PLC控制控制進給伺服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)切削運動、機床切削運動、機床I/O裝置裝置成成 形形 運運 動動加加 工程序工程序三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類按控制方法：開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)按控制方法：開環(huán)、閉環(huán)、

4、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)按驅(qū)動元件：步進、直流、交流伺服系統(tǒng)按驅(qū)動元件：步進、直流、交流伺服系統(tǒng)按反饋比較控制方式：脈沖比較、相位比較、幅按反饋比較控制方式：脈沖比較、相位比較、幅值比較和全數(shù)字伺服系統(tǒng)值比較和全數(shù)字伺服系統(tǒng)四、對伺服系統(tǒng)的基本要求四、對伺服系統(tǒng)的基本要求高精度高精度：定位精度與重復定位精度（靜態(tài)、尺寸：定位精度與重復定位精度（靜態(tài)、尺寸精度）、跟隨精度（動態(tài)、輪廓精度）精度）、跟隨精度（動態(tài)、輪廓精度）.一般定位一般定位精度要求精度要求 m級，高的要求達到級，高的要求達到 0.010.005 m快速響應快速響應: 超調(diào)小，過渡過程時間超調(diào)小，過渡過程時間tp3的通電方式（的通電方式（四

5、相八拍、五相十拍四相八拍、五相十拍等）等）特點特點4、特點、特點:1）電脈沖）電脈沖機械角位移機械角位移n角位移大小角位移大小 輸入脈沖個數(shù)輸入脈沖個數(shù)n角速度大小角速度大小 輸入脈沖頻率輸入脈沖頻率n方向：繞組通電順序方向：繞組通電順序2）控制性能好，控制系統(tǒng)簡單可靠，成本）控制性能好，控制系統(tǒng)簡單可靠，成本低；低；3）控制精度受步距角限制，高負載或高速）控制精度受步距角限制，高負載或高速度時易失步。度時易失步。三、運行性能三、運行性能n1、靜態(tài)矩角特性曲線、靜態(tài)矩角特性曲線n2、最大靜轉(zhuǎn)矩、最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmaxn3、啟動轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩Tqn4、空載啟動頻率、空載啟動頻率fq與啟動矩頻特性與

6、啟動矩頻特性n5、連續(xù)運行頻率與運行矩頻特性、連續(xù)運行頻率與運行矩頻特性1、靜態(tài)矩角特性曲線靜態(tài)矩角特性曲線1）轉(zhuǎn)子初始穩(wěn)定平衡位置：空載時某相通電，定、轉(zhuǎn)子齒）轉(zhuǎn)子初始穩(wěn)定平衡位置：空載時某相通電，定、轉(zhuǎn)子齒對齊，轉(zhuǎn)子上無轉(zhuǎn)矩輸出對齊，轉(zhuǎn)子上無轉(zhuǎn)矩輸出(不改變通電狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子處于不改變通電狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子處于不動狀態(tài)）；不動狀態(tài)）；2）失調(diào)角：轉(zhuǎn)子上加負載轉(zhuǎn)矩后達到與）失調(diào)角：轉(zhuǎn)子上加負載轉(zhuǎn)矩后達到與T相平衡時所轉(zhuǎn)過的相平衡時所轉(zhuǎn)過的電角度；電角度；3）靜態(tài)矩角特性曲線：轉(zhuǎn)子上靜態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩）靜態(tài)矩角特性曲線：轉(zhuǎn)子上靜態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩T與失調(diào)角與失調(diào)角 e的的關系。關系。定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2、最大靜轉(zhuǎn)矩、最大

7、靜轉(zhuǎn)矩Tjmax最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax：步進電機承受負載的能力：步進電機承受負載的能力.最大靜轉(zhuǎn)矩特性：指在一定的通電狀態(tài)下，最大靜轉(zhuǎn)距與最大靜轉(zhuǎn)矩特性：指在一定的通電狀態(tài)下，最大靜轉(zhuǎn)距與繞組內(nèi)電流的關系。繞組內(nèi)電流的關系。額定電流額定電流I Tjmax負載能力負載能力 運行快速性和穩(wěn)定運行快速性和穩(wěn)定性性TmaxI2IT 03、啟動轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩Tq啟動轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩Tq：拍數(shù):)cos(maxNNTTjq兩個矩角特性曲線的交點對應的轉(zhuǎn)矩兩個矩角特性曲線的交點對應的轉(zhuǎn)矩n拍數(shù)（拍數(shù)（mK）Tq4、空載啟動頻率、空載啟動頻率fq與啟動矩頻特性與啟動矩頻特性l空載啟動頻率空載啟動頻率fq：

8、步進電機在空載時由靜止狀態(tài)能不失步步進電機在空載時由靜止狀態(tài)能不失步啟動進入正常運行的最高頻率。啟動進入正常運行的最高頻率。 fq快速性快速性l啟動矩頻特性：步進電機在帶動負載轉(zhuǎn)矩時啟動頻率與負啟動矩頻特性：步進電機在帶動負載轉(zhuǎn)矩時啟動頻率與負載轉(zhuǎn)矩的關系載轉(zhuǎn)矩的關系5、連續(xù)運行頻率與運行矩頻特性、連續(xù)運行頻率與運行矩頻特性空載運行頻率（連續(xù)運行頻率）空載運行頻率（連續(xù)運行頻率）fmax：步進電機空載啟動：步進電機空載啟動后能不失步連續(xù)運行的最高頻率后能不失步連續(xù)運行的最高頻率運行矩頻特性：步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出電磁轉(zhuǎn)矩運行矩頻特性：步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出電磁轉(zhuǎn)矩T與連續(xù)運行頻率與連續(xù)

9、運行頻率f之間的關系（衡量電機運轉(zhuǎn)時承載能力之間的關系（衡量電機運轉(zhuǎn)時承載能力的動態(tài)性能指標）。的動態(tài)性能指標）。f繞組感抗繞組感抗電流波形變壞電流波形變壞電電流幅值流幅值T四、步進電機的驅(qū)動及控制系統(tǒng)四、步進電機的驅(qū)動及控制系統(tǒng)n1、環(huán)形脈沖分配器、環(huán)形脈沖分配器n1）作用與分類）作用與分類n2）硬件環(huán)形分配器）硬件環(huán)形分配器n3）軟件環(huán)形分配器）軟件環(huán)形分配器n2、功率放大器、功率放大器步進電動機步進電動機1、環(huán)形脈沖分配器、環(huán)形脈沖分配器n1）作用與分類）作用與分類n作用作用：將數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖分配給步進電動：將數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖分配給步進電動機的各相輸入端，機的各相輸入端， 使步進電

10、動機各繞組按一定使步進電動機各繞組按一定的順序和時間通電和斷電，并使電機正轉(zhuǎn)或反的順序和時間通電和斷電，并使電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。n分類分類：n硬件環(huán)形分配：硬件環(huán)形分配：I/O線少，速度高，專用集線少，速度高，專用集成電路芯片；成電路芯片；n軟件環(huán)形分配：線路簡化，靈活性大，成本軟件環(huán)形分配：線路簡化，靈活性大，成本低，低，I/O線多，線多， 速度慢速度慢2）硬件環(huán)形分配器）硬件環(huán)形分配器YB013引腳及功能引腳及功能1234567890ER1A0A1E2E181716151413121110CP-+CVCCBAYB013SG選通輸出控制選通輸出控制清零清零3，4 勵磁方式控制勵磁方式控制A0

11、=0, A1=0 三相單三拍三相單三拍A0=0, A1=1 三相雙三拍三相雙三拍A0=1 三相六拍三相六拍5，6 選通輸入控制選通輸入控制9 接地接地時鐘輸入時鐘輸入12，11 正、反轉(zhuǎn)控制正、反轉(zhuǎn)控制13 出錯報警輸出出錯報警輸出18，17，15 A，B，C相輸出相輸出16 電源電源PA0PA18155PA2PA5PA6PA7PA3PA4TMOUT光電隔離功率放大Z向光電隔離功率放大X向GNDVccA0A1E0E1E2RABCDE+-CPA0A1E0E1E2RABC+-CPVccGNDVccGND+5V+5VYB015YB013 控制字控制字X X向向E0 Z R Z向向E0 PA4 PA3

12、 PA2 PA1 PA03）軟件環(huán)形分配器）軟件環(huán)形分配器8031PA0PA1 PA2 PA3PA4 PA5 PA6 PA7 光電隔離電路功率放大電路XZABCabc8155軟件環(huán)形分配器輸出狀態(tài)表軟件環(huán)形分配器輸出狀態(tài)表 X向步進電機 Z向步進電機節(jié)拍 C B A存儲單元方向節(jié)拍 c b a 存儲單元方向PA2PA1PA0地址內(nèi)容PA5PA4PA3地址內(nèi)容10012A00H01H逆轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn)10012A10H08H逆轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)20112A01H03H20112A11H18H30102A02H02H30102A12H10H41102A03H06H41102A13H30H51002A04H04H510

13、02A14H20H61012A05H05H61012A15H28H2、功率放大器、功率放大器n作用：將環(huán)形分配器或作用：將環(huán)形分配器或I/O口輸出的弱電信號放大，給步口輸出的弱電信號放大，給步進電機每相繞組提供脈沖勵磁電流進電機每相繞組提供脈沖勵磁電流n分類：分類：n按驅(qū)動方式：單壓驅(qū)動、雙壓（高低壓）驅(qū)動按驅(qū)動方式：單壓驅(qū)動、雙壓（高低壓）驅(qū)動n按功率開關元件：功率晶體管驅(qū)動、晶閘管驅(qū)動按功率開關元件：功率晶體管驅(qū)動、晶閘管驅(qū)動n按控制方式：高低壓定時控制、恒流斬波控制、脈寬按控制方式：高低壓定時控制、恒流斬波控制、脈寬控制單電壓與高低壓驅(qū)動電路控制單電壓與高低壓驅(qū)動電路2、功率放大器、功率

14、放大器單電壓驅(qū)動電路原理圖單電壓驅(qū)動電路原理圖it02、功率放大器、功率放大器高低壓驅(qū)動電路原理圖高低壓驅(qū)動電路原理圖it0斬波驅(qū)動電路原理圖斬波驅(qū)動電路原理圖it0五、步進電機的選用五、步進電機的選用n1、精度與速度、精度與速度n2、啟動矩頻特性和運行矩頻特性、啟動矩頻特性和運行矩頻特性n例：下面舉一個模擬工作臺的例子。工作臺的縱向例：下面舉一個模擬工作臺的例子。工作臺的縱向軸是導程軸是導程P=1.25mm的普通絲桿副，步進電動機通過的普通絲桿副，步進電動機通過一對降速齒輪副與絲杠聯(lián)接。設絲杠軸向的負載一對降速齒輪副與絲杠聯(lián)接。設絲杠軸向的負載Fa=5000N；最大進給速度；最大進給速度Vm

15、ax0.8m/min；脈沖當量脈沖當量 0.002mm/step；傳動的總效率是；傳動的總效率是 =0.255。請選用步進電動機。請選用步進電動機。n 設選用的步進電動機的步距角設選用的步進電動機的步距角 s0.75o/step第四節(jié)直流伺服系統(tǒng)第四節(jié)直流伺服系統(tǒng)n一、直流伺服電動機的分類及特點一、直流伺服電動機的分類及特點n二、直流伺服電動機的速度控制單元二、直流伺服電動機的速度控制單元一、直流伺服電動機的分類及特點一、直流伺服電動機的分類及特點l小慣量直流伺服電機：快速響應、過載能力低、慣小慣量直流伺服電機：快速響應、過載能力低、慣量匹配差量匹配差l無槽電樞式：適于快速動作、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、功率

16、較大；無槽電樞式：適于快速動作、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、功率較大；l印刷繞組式：適于低速運行和頻繁啟動、反轉(zhuǎn)；印刷繞組式：適于低速運行和頻繁啟動、反轉(zhuǎn)；l空心杯電樞式：適于快速動作；空心杯電樞式：適于快速動作；l寬調(diào)速直流伺服電動機：轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、動寬調(diào)速直流伺服電動機：轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍寬、動態(tài)響應好、過載能力強、易調(diào)試態(tài)響應好、過載能力強、易調(diào)試;l電磁式：換向性好、成本低；電磁式：換向性好、成本低；l永磁式：結構簡單、效率高、耗電少、低速和啟動永磁式：結構簡單、效率高、耗電少、低速和啟動輸出力矩大；輸出力矩大；二、直流伺服電動機的速度控制單元二、直流伺服電動機的速度控制單元n1、工作原理、工作原理

17、n2、轉(zhuǎn)矩平衡式、轉(zhuǎn)矩平衡式n3、電壓平衡式、電壓平衡式n4、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關系、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關系n5、調(diào)速方式、調(diào)速方式n6、過渡過程、過渡過程n7、速度控制單元、速度控制單元1、工作原理工作原理U+NS電刷電刷換向片換向片直流電源直流電源電刷電刷換向器換向器線圈線圈IINS1、工作原理、工作原理n轉(zhuǎn)子繞組形成的磁場始終與定子磁勢正交，轉(zhuǎn)子繞組形成的磁場始終與定子磁勢正交，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。2、轉(zhuǎn)矩平衡式、轉(zhuǎn)矩平衡式1）電磁轉(zhuǎn)矩：）電磁轉(zhuǎn)矩：2 2）總阻轉(zhuǎn)矩）總阻轉(zhuǎn)矩TsTs阻轉(zhuǎn)矩阻轉(zhuǎn)矩ToTo負載轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩TrTr：都是常數(shù)，對永磁電機，：電樞電流：主磁通轉(zhuǎn)矩常數(shù)mmmCICIC

18、T,:3 3）慣性轉(zhuǎn)矩）慣性轉(zhuǎn)矩T TJ J：dtdwJTJ4 4）轉(zhuǎn)矩平衡方程式：）轉(zhuǎn)矩平衡方程式：dtdwJTTs3、電壓平衡式、電壓平衡式1）電樞繞組上的反電動勢：）電樞繞組上的反電動勢：電機轉(zhuǎn)速:nnKnCEee2 2）外加電壓為）外加電壓為U Ua，則電壓平衡式為：，則電壓平衡式為：aaaRIEU4、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關系、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關系aeaaaaeRnCUIRIEUnCE，得：代入將TCCRCUnRnCUCTICTmeaeaaeamm2代入上式得：將5、調(diào)速方式、調(diào)速方式1）改變）改變Ra2）改變）改變3）改變）改變Ua(直流電機采用直流電機采用)2aaeemURnTCC C6、過渡

19、過程、過渡過程n1)機械過渡：電機和負載有轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)速機械過渡：電機和負載有轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)速改變有一個過渡過程，稱為機械過渡。機改變有一個過渡過程，稱為機械過渡。機械轉(zhuǎn)動慣量是造成機械過渡過程的主要因械轉(zhuǎn)動慣量是造成機械過渡過程的主要因素。素。n2)電磁過渡：電樞繞組有電感，電流改變有電磁過渡：電樞繞組有電感，電流改變有一個過渡過程。電感是造成電磁過渡的主一個過渡過程。電感是造成電磁過渡的主要因素。要因素。n3)在過渡過程中，電壓平衡方程式中需要加在過渡過程中，電壓平衡方程式中需要加一面感抗負載，轉(zhuǎn)矩平衡方程式中需加慣一面感抗負載，轉(zhuǎn)矩平衡方程式中需加慣量負載。量負載。7、速度控制單元、速度控

20、制單元1）速度控制單元類型：）速度控制單元類型：晶閘管（可控硅）調(diào)速系統(tǒng)：大功率，要求不是很高；晶閘管（可控硅）調(diào)速系統(tǒng)：大功率，要求不是很高；大功率晶體管脈寬調(diào)制大功率晶體管脈寬調(diào)制 (PWM：Pulse Width Modulation)調(diào)速系統(tǒng)：線路簡單、效率高、調(diào)速范圍寬、快速響應好、調(diào)速系統(tǒng)：線路簡單、效率高、調(diào)速范圍寬、快速響應好、抗干擾強；抗干擾強；2）直流）直流PWM調(diào)速的基本原理：通過控制電樞電壓的占空比，從調(diào)速的基本原理：通過控制電樞電壓的占空比，從而改變其平均電壓，完成轉(zhuǎn)速控制。而改變其平均電壓，完成轉(zhuǎn)速控制。SUmTTSUUmd平均電壓忽略電樞內(nèi)阻上壓降，則電樞回路靜態(tài)

21、忽略電樞內(nèi)阻上壓降，則電樞回路靜態(tài)方程式為：方程式為：SnSTCUnnCTSUEUememd7、速度控制單元、速度控制單元n3）速度控制單元的組成及其作用）速度控制單元的組成及其作用速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器PWM調(diào)制器驅(qū)動電路直流斬波器電機ugiufiVcmdTsaue電流反饋速度反饋PWM調(diào)制器：產(chǎn)生調(diào)制器：產(chǎn)生PWM脈沖的環(huán)節(jié)，經(jīng)放大后繪驅(qū)動直流脈沖的環(huán)節(jié)，經(jīng)放大后繪驅(qū)動直流斬波器斬波器驅(qū)動電路：大功率管驅(qū)動電路。驅(qū)動電路：大功率管驅(qū)動電路。晶體管直流斬波器：將直流電源電壓變換成寬度可調(diào)的方波晶體管直流斬波器：將直流電源電壓變換成寬度可調(diào)的方波脈沖，加在電機電樞兩端。脈沖，加在電機電樞兩端。第

22、四節(jié)交流伺服系統(tǒng)第四節(jié)交流伺服系統(tǒng) 交流伺服系統(tǒng)：速度控制單元交流伺服系統(tǒng)：速度控制單元+交流伺服電動機交流伺服電動機交流伺服系統(tǒng)的特點：容量范圍大、動態(tài)響應好、調(diào)速范圍寬、交流伺服系統(tǒng)的特點：容量范圍大、動態(tài)響應好、調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、電機結構和維護簡單、重量和體積小、堅固耐用，調(diào)速精度高、電機結構和維護簡單、重量和體積小、堅固耐用，運行可靠、價格低運行可靠、價格低一、交流伺服電動機一、交流伺服電動機 分類及特點分類及特點永磁同步交流伺服電動機永磁同步交流伺服電動機 與無刷直流伺服電機結構類似，當采用直流驅(qū)動時，稱為無與無刷直流伺服電機結構類似，當采用直流驅(qū)動時，稱為無 刷直流伺服電機；

23、當采用交流驅(qū)動時，稱為交流伺服電機，刷直流伺服電機；當采用交流驅(qū)動時，稱為交流伺服電機， 用于進給伺服驅(qū)動用于進給伺服驅(qū)動感應異步交流伺服電動機感應異步交流伺服電動機 與交流異步電機結構類似，轉(zhuǎn)子結構簡單堅固，電機成本低，與交流異步電機結構類似，轉(zhuǎn)子結構簡單堅固，電機成本低， 過載能力強，與永磁同步伺服電動機相比效率低、體積大，過載能力強，與永磁同步伺服電動機相比效率低、體積大， 多用于主軸驅(qū)動多用于主軸驅(qū)動5.4 交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng) pfn60恒磁通變頻調(diào)速：變頻變壓；恒磁通變頻調(diào)速：變頻變壓；fU二、交流伺服電動機的速度控制單元二、交流伺服電動機的速度控制單元 速度控制方式及類型速度

24、控制方式及類型 永磁同步交流伺服電動機調(diào)速方法永磁同步交流伺服電動機調(diào)速方法5.4 交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng) 速度控制單元類型（永磁交流）速度控制單元類型（永磁交流） 矩形波電流驅(qū)動的調(diào)速系統(tǒng)（矩形波電流驅(qū)動的調(diào)速系統(tǒng)（PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)）；變頻調(diào)速系統(tǒng)）； 正弦波電流驅(qū)動的調(diào)速系統(tǒng)（正弦波電流驅(qū)動的調(diào)速系統(tǒng)（SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)）；變頻調(diào)速系統(tǒng)）； 正弦波脈寬調(diào)制（正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成及作用）變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成及作用 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)組成變頻調(diào)速系統(tǒng)組成 控制部分：速度調(diào)節(jié)器、乘法器、電流調(diào)節(jié)器、三角波發(fā)生器、控制部分：速度調(diào)節(jié)器、乘法器、電流調(diào)節(jié)器、三角波發(fā)生器

25、、 SPWM調(diào)制器調(diào)制器、基極驅(qū)動電路等；、基極驅(qū)動電路等； SPWM變頻器（變頻器（SPWM主回路或功率放大器）：二極管整流器主回路或功率放大器）：二極管整流器 +SPWM逆變器逆變器； 變轉(zhuǎn)差率變轉(zhuǎn)差率s：控制線路簡單，成本：控制線路簡單，成本，低速損耗，低速損耗；變磁極對數(shù)變磁極對數(shù)p：不能無級調(diào)速，僅產(chǎn)生：不能無級調(diào)速，僅產(chǎn)生23種轉(zhuǎn)速；種轉(zhuǎn)速；變定子電源頻率變定子電源頻率f：效率：效率，調(diào)速范圍，調(diào)速范圍，調(diào)速精，調(diào)速精度度，動態(tài)特性，動態(tài)特性；)1 (60spfn異步交流伺服電動機調(diào)速方法異步交流伺服電動機調(diào)速方法5.4 交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng) （國防（國防p183圖圖4-25,

26、4-24）永磁同步電機永磁同步電機SPWM調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)5.4 交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng) 5.4 交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng) SPWM變頻器（交變頻器（交直直交型變頻器）的作用交型變頻器）的作用 電網(wǎng)工頻交流電壓電網(wǎng)工頻交流電壓整流器整流器直流電壓直流電壓逆變器逆變器三相可調(diào)頻三相可調(diào)頻 調(diào)壓的正弦電流（調(diào)壓的正弦電流（ SPWM波）波）交流伺服電機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩交流伺服電機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理 SPWM主回路主回路 SPWM調(diào)制方法（調(diào)制方法（SPWM變頻器控制信號的形成方法）變頻器控制信號的形成方法） 正弦波正弦波（控制波）（控制波） 三角波（載波）

27、調(diào)制：三角波（載波）調(diào)制：SPWM調(diào)制波調(diào)制波5.4 交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng) 與正弦波與正弦波等效的等效的SPWM波波SPWM調(diào)制調(diào)制波的形成波的形成第二節(jié)伺服系統(tǒng)檢測元件第二節(jié)伺服系統(tǒng)檢測元件位置控制位置控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋檢測與反饋單元單元位 置 控 制位 置 控 制單元單元速 度 控 制速 度 控 制單元單元+-電電機機機 械 執(zhí) 行機 械 執(zhí) 行部件部件CNC插插補補指令指令實際實際位置位置反饋反饋實際實際速度速度反饋反饋第二節(jié)伺服系統(tǒng)檢測元件第二節(jié)伺服系統(tǒng)檢測元件n一、綜述（數(shù)控機床檢測裝置的類型與一、綜述（數(shù)控機床檢測裝置的類型與要求及位

28、置檢測裝置的分類要求及位置檢測裝置的分類 ）n二、旋轉(zhuǎn)變壓器二、旋轉(zhuǎn)變壓器n三、光柵測量裝置三、光柵測量裝置 n四、脈沖編碼器四、脈沖編碼器 一、綜述一、綜述n位置檢測元件的性能要求位置檢測元件的性能要求n可靠性、抗干擾能力和環(huán)境適應能力強可靠性、抗干擾能力和環(huán)境適應能力強n滿足精度、速度和測量范圍的要求滿足精度、速度和測量范圍的要求n使用維護方便，便于與使用維護方便，便于與CNC系統(tǒng)相聯(lián)系統(tǒng)相聯(lián)n成本成本，壽命，壽命n位置檢測裝置的分類位置檢測裝置的分類n按檢測元件輸出信號類型：數(shù)字式、模擬式按檢測元件輸出信號類型：數(shù)字式、模擬式n按檢測量測量基準：絕對式、增量式按檢測量測量基準：絕對式、增

29、量式n按被測位移量類型：直線式、回轉(zhuǎn)式按被測位移量類型：直線式、回轉(zhuǎn)式n按與被測對象聯(lián)系方式：接觸式、非接觸式按與被測對象聯(lián)系方式：接觸式、非接觸式二、旋轉(zhuǎn)變壓器二、旋轉(zhuǎn)變壓器n1、工作原理、工作原理n2、工作方式、工作方式1、工作原理、工作原理n旋轉(zhuǎn)變壓器根據(jù)互感原理，在定子繞組上加交流勵磁電旋轉(zhuǎn)變壓器根據(jù)互感原理，在定子繞組上加交流勵磁電壓時，通過互感在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應電動勢。關系為：壓時，通過互感在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應電動勢。關系為：sinsinsin12tkUkuumn式中：式中：k為定子與轉(zhuǎn)子為定子與轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)繞組的匝數(shù)比比;Um：最大瞬時：最大瞬時電壓電壓 ：兩繞組軸：兩繞組軸

30、線間夾角。線間夾角。n機床中常用機床中常用正余弦旋轉(zhuǎn)正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器變壓器2、工作方式、工作方式1 1）旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理方式有兩種：鑒相型工作方式和）旋轉(zhuǎn)變壓器的信號處理方式有兩種：鑒相型工作方式和鑒幅型工作方式。鑒幅型工作方式。 2 2）鑒相型工作方式）鑒相型工作方式 ：當給定子兩繞組分別通以同幅，同頻當給定子兩繞組分別通以同幅，同頻但相位相差但相位相差90度的交流勵磁電壓，即度的交流勵磁電壓，即 tUutUumcmscossin11它們在轉(zhuǎn)子的繞組中產(chǎn)生感應電壓，并疊加得：它們在轉(zhuǎn)子的繞組中產(chǎn)生感應電壓，并疊加得： )cos(coscossinsin2tkUtkUtkUummm測量轉(zhuǎn)子

31、繞組輸出電壓的相位角測量轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的相位角即可測得轉(zhuǎn)子相對于定子即可測得轉(zhuǎn)子相對于定子的轉(zhuǎn)角位置。的轉(zhuǎn)角位置。2、工作方式、工作方式3 3）鑒幅型工作方式：當給定子兩繞組分別通以同頻同相位）鑒幅型工作方式：當給定子兩繞組分別通以同頻同相位但幅值不同的交流勵磁電壓，即但幅值不同的交流勵磁電壓，即 cossin,sinsin11mcmmsmcmcsmsUUUUtUutUu式中：它們在轉(zhuǎn)子的繞組中產(chǎn)生感應電壓，并疊加得：它們在轉(zhuǎn)子的繞組中產(chǎn)生感應電壓，并疊加得： tUktkUtkUummmsin)cos(cossincossinsinsin2由上式中可以看出，電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角的變由上式中可以看出，電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角的變化而變化，測量幅值即可求出化而變化，測量幅值即可求