數(shù)控機床控制技術基礎數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)學習教案

1、會計學1數(shù)控機床控制技術基礎數(shù)控機床控制技術基礎(jch) 數(shù)控機床數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)第一頁，共249頁。5.1 5.1 概述概述 伺服伺服(Servo)(Servo)，本意為，本意為“服從服從”的含義。數(shù)控機的含義。數(shù)控機床伺服系統(tǒng)（床伺服系統(tǒng)（Servo SystemServo System）通常是指進給伺服系統(tǒng)）通常是指進給伺服系統(tǒng)，它是數(shù)控系統(tǒng)和機床機械傳動部件間的聯(lián)接環(huán)節(jié)，它是數(shù)控系統(tǒng)和機床機械傳動部件間的聯(lián)接環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分，包含機械傳動、電氣驅(qū)是數(shù)控機床的重要組成部分，包含機械傳動、電氣驅(qū)動、檢測、自動控制方面動、檢測、自動控制方面(fngmin)

2、(fngmin)的內(nèi)容，涉及強的內(nèi)容，涉及強電與弱電控制。進給伺服系統(tǒng)是以機床移動部件位置電與弱電控制。進給伺服系統(tǒng)是以機床移動部件位置為控制量的自動控制系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)插補運算為控制量的自動控制系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)插補運算生成的位置指令，精確地變換為機床移動部件的位移生成的位置指令，精確地變換為機床移動部件的位移，直接反映了機床坐標軸跟蹤運動指令和實際定位的，直接反映了機床坐標軸跟蹤運動指令和實際定位的性能。性能。 第1頁/共249頁第二頁，共249頁。 伺服系統(tǒng)完成機床移動部件（如工作臺；主軸或刀具進給等）的位置(wi zhi)和速度控制。它接收計算機的插補命令，將插補脈沖轉換為機械位

3、移。伺服系統(tǒng)的性能直接影響數(shù)控機床的精度和工作臺的速度等技術指標。第2頁/共249頁第三頁，共249頁。 （1）高精度 由于數(shù)控機床的動作是由伺服電動機直接驅(qū)動的，為了保證移動部件的定位精度，對進給伺服系統(tǒng)要求定位準確。一般(ybn)要求定位精度達到0.010.001mm；高檔設備的定位精度要求達到0.1m以上。速度控制要求在負載變化時有較強的抗擾動能力，以保證速度恒定。這樣才能在輪廓加工中保證有較好的加工精度。 第3頁/共249頁第四頁，共249頁。 （2）可逆運行 在加工過程中，機床工作臺根據(jù)加工軌跡的要求，隨時都可能(knng)實現(xiàn)正向或反向運動，同時要求在方向變化時，不應有反向間隙和運

4、動的損失。從能量角度看，應該實現(xiàn)能量的可逆轉換，即在加工運行時，電動機從電網(wǎng)吸收能量變?yōu)闄C械能；在制動時應把電動機的機械慣性能量變?yōu)殡娔芑仞伣o電網(wǎng)，以實現(xiàn)快速制動。 第4頁/共249頁第五頁，共249頁。 （3）響應快速 為了提高生產(chǎn)率，保證加工精度要求伺服系統(tǒng)有良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快。這就對伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能提出了兩方面的要求：一方面，在伺服系統(tǒng)處于頻繁地起動、制動、加速、減速等動態(tài)過程中，為了提高生產(chǎn)效率和保證加工質(zhì)量，要求加、減速度足夠大，以縮短過渡過程時間，一般(ybn)電動機速度由零到最大，或從最大減少到零，時間應控制在200毫秒以下，甚至少于幾十毫秒，且速

5、度變化不應有超調(diào)；另一方面，當負載突變時，過渡過程恢復時間要短且無振蕩，這樣才能達到光滑的加工表面。 第5頁/共249頁第六頁，共249頁。 （4）調(diào)速范圍寬 目前數(shù)控機床(sh kn j chun)一般要求進給伺服系統(tǒng)的調(diào)速范圍是030m/min，有的已達到240m/min。除去滾珠絲杠和降速齒輪的降速作用。伺服電動機要有更寬的調(diào)速范圍。對于主軸電動機，因使用無級調(diào)速，要求有（1:100）（1:1000）范圍內(nèi)的恒轉矩調(diào)速以及1:10以上的恒功率調(diào)速。 （5）低速大轉矩 機床在低速切削時，切深和進給都較大，要求主軸電動機輸出轉矩較大?，F(xiàn)代的數(shù)控機床(sh kn j chun)，通常是伺服電動

6、機與絲杠直聯(lián)，沒有降速齒輪，這就要求進給電動機能輸出較大的轉矩。對于數(shù)控機床(sh kn j chun)進給伺服系統(tǒng)主要是速度和位置控制。 第6頁/共249頁第七頁，共249頁。 （6）較強的過載能力 由于電動機加減速時要求有很快的響應速度，而使電動機可能在過載的條件下工作，這就要求電動機有較強的抗過載能力。通常要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載46倍而不損壞。 （7）慣性匹配 移動(ydng)部件加速和降速時都有較大的慣量，由于要求系統(tǒng)的快速響應性能好，因而電動機的慣量要與移動(ydng)部件的慣量匹配。通常要求電動機的慣量不小于移動(ydng)部件慣量。 第7頁/共249頁第八頁，共249頁。5.2 5.

7、2 位置控制位置控制 位置控制是進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是保證進位置控制是進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是保證進給位置精度的重要環(huán)節(jié)。位置控制按其結構給位置精度的重要環(huán)節(jié)。位置控制按其結構(jigu)(jigu)可分可分為開環(huán)和閉環(huán)控制。開環(huán)伺服系統(tǒng)位置控制比較簡單，根為開環(huán)和閉環(huán)控制。開環(huán)伺服系統(tǒng)位置控制比較簡單，根據(jù)進給系統(tǒng)的需要由據(jù)進給系統(tǒng)的需要由CNCCNC裝置發(fā)送所需要的脈沖指令便實裝置發(fā)送所需要的脈沖指令便實現(xiàn)了位置控制。對閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，位置控制回路現(xiàn)了位置控制。對閉環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，位置控制回路由位置控制、速度控制和位置檢測三部分組成，如圖由位置控制、速度控制和位置檢

8、測三部分組成，如圖5-15-1所示。所示。 第8頁/共249頁第九頁，共249頁。 位置控制的作用是將CNC裝置插補出的瞬時位置指令值PC和檢測出的位置Pf在位置比較器中進行比較，產(chǎn)生位置偏差(pinch)P，在把P轉為瞬時速度指令電壓UP。 輸入位置比較器中的位置指令有兩類方式脈沖列和數(shù)值指令。 第9頁/共249頁第十頁，共249頁。 一、脈沖比較伺服系統(tǒng) 在進給伺服系統(tǒng)中，脈沖比較伺服系統(tǒng)應用比較普遍。這是因為該系統(tǒng)結構較為簡單，易于實現(xiàn)數(shù)字化的閉環(huán)位置控制。脈沖比較伺服系統(tǒng)的檢測元件(yunjin)可以是光電脈沖編碼器或光柵。但普遍采用光電編碼器作為位置檢測元件(yunjin)，以半閉環(huán)

9、形式構成伺服系統(tǒng)。 脈沖比較伺服系統(tǒng)是將位置指令脈沖與檢測元件(yunjin)反饋脈沖在比較器進行比較，得到位置偏差脈沖信號。伺服系統(tǒng)根據(jù)這一偏差信號去驅(qū)動電動機，原理框圖如圖5-2所示。 第10頁/共249頁第十一頁，共249頁。 1. 脈沖比較伺服系統(tǒng)組成(z chn) 圖5-2是以光電編碼器為位置檢測元件的脈沖比較伺服系統(tǒng)。它主要由下列部分組成(z chn)： 第11頁/共249頁第十二頁，共249頁。 (1) 由計算機數(shù)控制(kngzh)裝置提供指令的脈沖。 (2) 反映機床工作臺實際位置的位置檢測器。 (3) 完成指令信號與反饋信號相比較的比較器。 (4) 將比較器輸出數(shù)字信號轉變成

10、伺服電動機模擬控制(kngzh)信號的數(shù)/模轉換器。 (5) 執(zhí)行元件（伺服電動機）。 第12頁/共249頁第十三頁，共249頁。 2.脈沖比較伺服系統(tǒng)的工作原理 當數(shù)控系統(tǒng)要求工作臺向一個方向進給時，經(jīng)插補運算得到一系列進給脈沖作為指令脈沖，其數(shù)量代表了工作臺的指令進給量，頻率代表了工作臺的進給速度(sd)，方向代表了工作臺的進給方向。以增量式光電編碼器為例，當光電編碼器與伺服電動機及滾珠絲杠直聯(lián)時，隨著伺服電動機的轉動，產(chǎn)生序列脈沖輸出，脈沖的頻率將隨著轉速的快慢而升降?，F(xiàn)設工作臺處于靜止狀態(tài)。 第13頁/共249頁第十四頁，共249頁。 （1）指令脈沖PC=0，這時反饋脈沖Pf=0，則P

11、e=0，則伺服電動機的速度給定為零，工作臺繼續(xù)保持靜止不動。 （2）現(xiàn)有正向指令PC+=2，可逆計數(shù)器加2，在工作臺尚未移動之前，反饋脈沖Pf+=0，可逆計數(shù)器輸出Pe=Pc+Pf+=20=2，經(jīng)轉換，速度指令為正，伺服電動機正轉，工作臺正向進給。 （3）工作臺正向運動，即有反饋脈沖Pf+產(chǎn)生(chnshng)，當Pf+時，可逆計數(shù)器減，此時Pe=Pc+Pf+=210，伺服電動機仍正轉，工作臺繼續(xù)正向進給。 （4）當Pf+=2時，Pe=Pc+Pf+=22=0，則速度指令為零，伺服電動機停轉，工作臺停止在位置指令所要求的位置。 第14頁/共249頁第十五頁，共249頁。 當指令脈沖為反向PC-時

12、，控制過程與正向(zhn xin)時相同，只是Pe0，工作臺反向進給。 脈沖分離電路的作用是：在加、減脈沖先后分別到來時，各自按預定的要求經(jīng)加法計數(shù)端或減法計數(shù)端進入可逆計數(shù)器。若加、減脈沖同時到來時，則由該電路保證先作加法計數(shù)，然后再作減法計數(shù)，這樣可保證兩路計數(shù)脈沖均不會丟失。 當采用絕對式編碼器時，通常情況下，先將位置檢測的代碼反饋信號經(jīng)數(shù)碼數(shù)字轉換，變成數(shù)字脈沖信號，再進行脈沖比較。 第15頁/共249頁第十六頁，共249頁。 3. 脈沖比較器 (1)脈沖比較器概述 脈沖比較伺服系統(tǒng)是將PC的脈沖符號與Pf的脈沖符號相比較，得到(d do)脈沖偏差信號Pe。比較器為由加減可逆計數(shù)器組成

13、的數(shù)字脈沖比較器，其組成框圖如圖5-3所示。 第16頁/共249頁第十七頁，共249頁。 PC+、PC-和Pf+、Pf-的加、減定義(dngy)見表5-1。位置指令含義運算位置反饋含義可逆計數(shù)器運算PC+正向運動指令+Pf+正向位置反饋PC-反向運動指令Pf-反向位置反饋表5-1 PC、Pf的定義(dngy) 第17頁/共249頁第十八頁，共249頁。第18頁/共249頁第十九頁，共249頁。 在脈沖比較伺服系統(tǒng)中，只有實現(xiàn)指令脈沖PC和反饋脈沖Pf的比較后，才能得出位置的偏差值Pi，所以系統(tǒng)需要脈沖比較器。圖5-4為一脈沖比較器，其工作原理是 、 4、 5、 8、 9為或非門； 2、 3、

14、6、 7為觸發(fā)器； 12為8位移位寄存器； 10、 11為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器； 13為可逆計數(shù)器。當PC與Pf不同時輸出時，在和 5中同一時刻只有一路有脈沖輸出， 9輸出始終(shzhng)是低電平。如此時工作臺要做正向進給，正向指令脈沖Pc+出現(xiàn)，該脈沖經(jīng) 、 2、 3、 4輸出，使可逆計數(shù)器 13做加法計數(shù)。 1A第19頁/共249頁第二十頁，共249頁。 可逆計數(shù)(j sh)器的內(nèi)容由0變?yōu)檎龜?shù)，其輸出經(jīng)/轉換和放大后，使伺服電動機帶動工作臺正向移動。工作臺移動后，位置檢測元件測得代表工作臺位置的正向反脈沖Pf+，該脈沖經(jīng) 5、 6、 7、 8輸出，使可逆計數(shù)(j sh)器 13做減法計數(shù)(j

15、 sh)。此時，可逆計數(shù)(j sh)器的內(nèi)容就是Pc+和Pf+的偏差值Pe。當可逆計數(shù)(j sh)器的內(nèi)容變?yōu)?時，說明偏差值Pe=0，即工作臺的實際位置等于指令要求的位移，進給過程結束。反向進給時，反向指令脈沖PC-使可逆計數(shù)(j sh)器做減法計數(shù)(j sh)，反向反饋脈沖Pf-使可逆計數(shù)(j sh)器做加法計數(shù)(j sh)，其他過程和正向進給相同。 AAAAA第20頁/共249頁第二十一頁，共249頁。 但也有可能出現(xiàn)指令脈沖和反饋脈沖同時輸入的情況。如出現(xiàn)這種情況，為防止(fngzh)可逆計數(shù)器內(nèi)部操作因脈沖的“競爭”而產(chǎn)生誤操作，影響脈沖比較的可靠性，在指令脈沖和反饋脈沖進入可逆計數(shù)

16、器之前，要進行脈沖分離。如脈沖比較器輸入端同時出現(xiàn)指令脈沖和反饋脈沖，則 、 5的輸出同時為0，使 9輸出為1，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 10、 11有脈沖輸出。 10輸出的負脈沖同時封鎖 3和 7，使指令脈沖和反饋脈沖不能通過 3和 7而進入可逆計數(shù)器。 1AAAAAAAAAA第21頁/共249頁第二十二頁，共249頁。 11的正脈沖輸出分成兩路，先經(jīng) 4輸出到可逆計數(shù)器做加法計數(shù)，再經(jīng) 12延時四個時針周期（由時鐘脈沖PC產(chǎn)生）通過 8輸出到可逆計數(shù)器做減法計數(shù)。由于脈沖比較器具有脈沖分離功能，所以在指令脈沖和反饋脈沖不同時出現(xiàn)時，脈沖比較器進行正常的脈沖信號比較。即使指令脈沖和反饋脈沖同時出現(xiàn)，也由

17、硬件邏輯電路(lu j din l)保證，先做加法計數(shù)，后做減法計數(shù)，保證了兩路的脈沖不會丟失。 AAAA第22頁/共249頁第二十三頁，共249頁。 一、相位比較伺服系統(tǒng)組成 相位比較伺服系統(tǒng)的檢測元件可以是旋轉變壓器、感應同步器或磁柵等。其特點是將位置指令脈沖和反饋脈沖都變成某個載波脈沖的相位，在鑒相器中進行相位比較，得到實際相位與給定位置相位的相位差 。原理框圖如圖5-5所示。它主要由以下(yxi)部分組成。 第23頁/共249頁第二十四頁，共249頁。第24頁/共249頁第二十五頁，共249頁。 （1）能輸出一系列具有一定頻率的脈沖信號(xnho)，為伺服系統(tǒng)提供一個相位比較基準的基準

18、信號(xnho)發(fā)生器。 （2）將來自計算機數(shù)控裝置的進給脈沖轉變?yōu)橄辔蛔兓盘?xnho)的脈沖調(diào)相器。 （3）檢測工作臺位移的位置檢測元件（感應同步器）。 （4）將控制信號(xnho)與反饋信號(xnho)進行比較，輸出與相位差成正比電壓信號(xnho)的鑒相器。 （5）將鑒相器輸出的電壓信號(xnho)進行功率和電壓放大的伺服放大器。 第25頁/共249頁第二十六頁，共249頁。 （6）實現(xiàn)(shxin)電信號到機械位移轉換的執(zhí)行元件。 根據(jù)感應同步器工作在相位工作方式時有 其中， 。相位比較的實質(zhì)不是脈沖數(shù)量上的比較，而是脈沖相位之間的比較，如超前或滯后多少。實現(xiàn)(shxin)相位比較

19、的比較器為鑒相器。 由于旋轉變壓器，感應同步器和磁柵等檢測信號為電壓模擬信號，同時這些裝置還有勵磁信號，故相位比較首先要解決信號處理問題，即怎樣形成指令相位脈沖和實際相位脈沖 。 （51） 第26頁/共249頁第二十七頁，共249頁。 二、相位比較伺服系統(tǒng)的工作原理 脈沖相位變換器又稱脈沖調(diào)相器，作用有兩個：一是通過對基準脈沖進行分頻，產(chǎn)生基準相位脈沖 ，由該脈沖形成的正、余弦勵磁繞組的勵磁電壓頻率與 頻率相同，感應電壓ud的相位 隨著(su zhe)工作臺的移動，相對于基準相位 有超前或滯后；二是通過對指令脈沖Pc+、PC-的加、減，再通過分頻產(chǎn)生相位超前或滯后于 的指令相位脈沖 。 第27

20、頁/共249頁第二十八頁，共249頁。 由于指令相位脈沖 的相位 和實際相位脈沖 的相位 均以基準相位脈沖 的相位 為基準，因此， 和 通過鑒相器即能獲得 超前 ，還是(hi shi) 超前 ，或兩者相等。如(圖5-6)所示為Pc+=2時的相位比較波形圖。cP 1.當無進給指令時，即Pc+=0，工作臺靜止，指令脈沖的相位(xingwi) 與基準脈沖相位(xingwi) 同相位(xingwi)，同時因工作臺靜止無反饋，故實際相位(xingwi) 也與基準脈沖相位(xingwi) 同相位(xingwi)，經(jīng)鑒相器 ，則速度控制信號為零，伺服電動機不轉，工作臺仍靜止，如圖5-6a所示。0P0000第

21、28頁/共249頁第二十九頁，共249頁。 2.有正向進給指令，Pc+=2，在指令獲得瞬時，工作臺仍靜止，此時，指令脈沖的相位 超前基準相位 ，但實際位置(wi zhi)相位 保持不變，經(jīng)鑒相器 ，速度控制信號大于零，伺服電動機正轉，工作臺正向移動，如圖5-6所示。 3.隨著工作臺的正向移動，有反饋信號產(chǎn)生，由此產(chǎn)生的實際相位 超前基準相位 ，但 仍超前 ，經(jīng)鑒相器 ，速度(sd)控制信號仍大于零，伺服電動機正轉，工作臺仍正向移動，如圖5-6c所示。 c0ff0cf第29頁/共249頁第三十頁，共249頁。圖5-6 相位(xingwi)比較波形圖（一）第30頁/共249頁第三十一頁，共249頁

22、。0 f0 0 ud c f PC+=2 Pf+=2 工作臺運動 PC+=2 Pf+=2 工作臺至指令位置 (a) (b) (d) (c) 圖5-6 相位(xingwi)比較波形圖（二）第31頁/共249頁第三十二頁，共249頁。 4. 隨著工作臺的繼續(xù)正向移動，實際相位(xingwi) 超前基準相位(xingwi) 的數(shù)值增加，當 時，經(jīng)鑒相器 ，速度控制信號為零，伺服電動機停轉，工作臺停止在指令所要求的位置上，如圖5-6所示。 當進給為反向指令時，相位(xingwi)比較同正向進給類似。所不同的是指令脈沖相對于基準脈沖為減脈沖，故指令相位(xingwi) 相對于基準相位(xingwi) 滯

23、后，同時，實際相位(xingwi) 相對于基準相位(xingwi) 也為滯后，經(jīng)鑒相器比較后所得的速度指令信號為負，伺服電動機反轉，工作臺移動至指令位置。 f00c0f0第32頁/共249頁第三十三頁，共249頁。 鑒相器的輸出信號通常為脈寬調(diào)制波，需經(jīng)低通濾波器去高次諧波，變換(binhun)為平滑的電壓信號，作為速度控制信號，同時，鑒相器還必須對超前和滯后做出判別，使得速度控制信號Up在正向指令為正，在反向指令為負。 至于一個脈沖相當于多少相位增量，取決于脈沖相位變換(binhun)器中的分頻系數(shù)N和脈沖當量。如感應同步器一個節(jié)距=2mm（相當360電角度），脈沖當量=0.001 mm/脈

24、沖，則相位增量為/360=0.001/2360=0.18/脈沖，即一個脈沖相當于0.18的相位移，因此需要將一個節(jié)距分成2000等份，即分頻系數(shù)N=2000（0.182000=360）。 在感應同步器中，相位角 與直線位移X成正比，當采用旋轉變壓器時，相位角 即為角位移本身。 第33頁/共249頁第三十四頁，共249頁。 三、脈沖調(diào)相器 脈沖調(diào)相器是將脈沖數(shù)量轉換成相應相位的裝置。圖5-7為脈沖調(diào)相器的工作原理框圖，該系統(tǒng)分為基準分頻通道和調(diào)相分頻通道兩部分。由基準脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的基準脈沖信號f0分成兩路。一路輸入基準分頻通道，通過分頻、分相和濾波電路(dinl)得到兩相勵磁信號 和 ，并

25、經(jīng)功放后加于感應同步器滑尺的sin繞組和cos繞組作為勵磁，它們與基準信號有確定的相位關系。另一路輸入調(diào)相分頻通道，和指令脈沖一起作用，產(chǎn)生指令相位信號 。 cP第34頁/共249頁第三十五頁，共249頁。第35頁/共249頁第三十六頁，共249頁。 脈沖調(diào)相器的工作原理如下：回路中有標準計數(shù)器和X計數(shù)器，兩計數(shù)器的分頻數(shù)相同。在基準脈沖信號觸發(fā)標準計數(shù)器和X計數(shù)器之前，先向X計數(shù)器輸入一定數(shù)量(shling)的指令脈沖PC+。當基準脈沖信號觸發(fā)兩計數(shù)器后，兩計數(shù)器輸出的信號頻率相同，但相位卻不同。由于標準計數(shù)器是N分頻，所以N個基準脈沖會使標準計數(shù)器的輸出變化一個周期，即360。X計數(shù)器輸入

26、端同樣接收到N個基準脈沖，但由于先前X計數(shù)器已接收了PC個正指令脈沖，實際上X計數(shù)器接收了N+PC個脈沖，所以它的輸出在變化到360后，又變化了 1=（PC/N）360，即X計數(shù)器的相位超前了標準計數(shù)器 1，其波形如圖5-8所示。 第36頁/共249頁第三十七頁，共249頁。 實際工作中，輸入指令脈沖是在基準脈沖觸發(fā)兩計數(shù)器的同時進行的。若指令脈沖為PC+，則標準計數(shù)器在接收到N1N個基準脈沖，即輸出還沒有到達一個周期時，X計數(shù)器已經(jīng)接收了N1+PC=N個脈沖，完成了一個周期。結果(ji gu)使X計數(shù)器的相位比較標準計數(shù)器超前了（ 1= PC+/N360），如圖5-8所示。 第37頁/共24

27、9頁第三十八頁，共249頁。第38頁/共249頁第三十九頁，共249頁。第39頁/共249頁第四十頁，共249頁。 利用標準計數(shù)器和X計數(shù)器實現(xiàn)數(shù)量到相位的變換時，必須使基準脈沖在向兩計數(shù)器輸入的過程中，能加入一定的指令(zhlng)脈沖。這個功能由脈沖加減器完成，如圖5-10所示。 、 是由基準脈沖發(fā)生器發(fā)出的在相位錯開180的同頻率信號， 是主頻率，經(jīng)與非門輸出，作為計數(shù)器的基準脈沖。 是指令(zhlng)脈沖的同步信號。當沒有指令(zhlng)脈沖時，與非門開，A脈沖由此通過。當輸入一個PC指令(zhlng)脈沖時，觸發(fā)器 1的Q1變?yōu)?，觸發(fā)器2的Q2也變?yōu)?，由于 為0，封住了與非門

28、，所以扣除了一個 序列脈沖。當輸入一個PC+指令(zhlng)脈沖時，觸發(fā)器C3的Q3變?yōu)?，觸發(fā)器C4的Q4也變?yōu)?。 出現(xiàn)脈沖時，Q4和B端均為1，與非門打開，脈沖進入最后的輸出端。由于 、錯相180，所以使 序列脈沖中插入一個序列脈沖 。 AAAAA第40頁/共249頁第四十一頁，共249頁。圖5-10 脈沖(michng)加減器 （一）第41頁/共249頁第四十二頁，共249頁。1 1 +1 A B PC PC+ Q3 Q4 Q2 Q1 輸出 （b）波形圖 圖5-10 脈沖(michng)加減器 （二）第42頁/共249頁第四十三頁，共249頁。 為了將指令信號與反饋信號進行相位比較，

29、需要應用鑒相器。圖5-11為半加器鑒相線路及波形圖，指令信號和位置信號分別經(jīng)觸發(fā)器 進入半加器。半加器輸出的邏輯函數(shù)為 。式中為指令信號的二分之一分頻，為位置信號的二分之一分頻。若 、 信號相位相同(xin tn)，則或門兩輸入端同時為0，S=0。如 信號超前 信號相位，信號來到時，信號還沒有出現(xiàn)。此時， =1， =0，上與門輸出為1，下與門輸出為0，或門輸出端S=1。 四、鑒相器ABBAAB第43頁/共249頁第四十四頁，共249頁。 信號(xnho)也出現(xiàn)時， =1， =1，使兩與門輸出均為0，或門輸出端S=0。由于 信號(xnho)相位超前， =0時，仍有 =1，使上與門輸出為0，下與門

30、輸出為1，或門輸出端又有S=1，直到和都為0，或門又為S=0。有關信號(xnho)的波形圖見圖5-10。從圖中可以看出，S信號(xnho)是一個周期的方波脈沖，它的波脈寬度與 、 兩信號(xnho)的相位差 成正比?？梢酝ㄟ^低通濾波的方法取出它的直流分量，作為相位差 的電平指示。越大，S端輸出方波的平均電壓越大。 BABAABAB第44頁/共249頁第四十五頁，共249頁。 信號(xnho)是超前還是滯后信號(xnho)，可借助于NE端來判斷。輸出端為NE的觸發(fā)器 由下降沿觸發(fā)。當接于 端的 信號(xnho)超前于 信號(xnho)時， 領先于 從1變?yōu)?， 觸發(fā)器由 信號(xnho)的下降沿

31、觸發(fā)時， 端的 信號(xnho)已為0，所以NE端也為0，如圖5-10b所示。當接于 端的 信號(xnho)滯后于信號(xnho)時， 領先 從1變?yōu)?， 觸發(fā)器由 信號(xnho)的下降沿觸發(fā)時， 端的 信號(xnho)仍為1，所以NE端也為1。 ADDABABDBDADABADBDA第45頁/共249頁第四十六頁，共249頁。第46頁/共249頁第四十七頁，共249頁。二、 幅值比較伺服系統(tǒng) 幅值比較伺服系統(tǒng)是以位置檢測信號的幅值變化來反映機械位移的大小，并以此作為位置反饋信號，與指令信號進行比較構成(guchng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點之一是所有的位置檢測元件都工作在幅值工作方式。

32、幅值比較伺服系統(tǒng)常用感應同步器和旋轉變壓器作為位置檢測元件。幅值比較伺服系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制的過程與相位比較伺服系統(tǒng)相類似。 第47頁/共249頁第四十八頁，共249頁。 1.幅值比較伺服系統(tǒng)的組成和工作原理 (1) 幅值比較伺服系統(tǒng)的組成 圖5-12是采用感應同步器作為位置檢測元件的幅值比較控制系統(tǒng)(kn zh x tn)。它主要由以下部分組成： 第48頁/共249頁第四十九頁，共249頁。 完成指令脈沖與反饋脈沖比較的比較器。 將比較器輸出數(shù)字信號轉變成伺服電動機模擬控制信號的數(shù)/模轉換器。 將模擬控制信號進行功率和電壓放大的伺服放大器。 檢測工作臺位移的位置(wi zhi)檢測元件。 為感應

33、同步器正、余弦繞組提供信號的勵磁電路。 將定尺的輸出信號轉變?yōu)榉敌盘柕蔫b幅器。 將鑒幅器的直流電壓轉變成反饋脈沖的電壓頻率變換器。 實現(xiàn)電信號到機械位移轉換的執(zhí)行元件。 第49頁/共249頁第五十頁，共249頁。 (2) 幅值比較伺服系統(tǒng)的工作原理 當采用幅值工作方式時，感應同步器滑尺正弦繞組和分別輸入頻率相同、幅值成正交關系的勵磁信號：式中 勵磁信號的電壓幅值； 已知的電氣角，系統(tǒng)中可通過改變(gibin)角的大小來控制滑尺勵磁信號的幅值； 正弦交變勵磁信號的角頻率。 （52） （53） 第50頁/共249頁第五十一頁，共249頁。 當正弦、余弦繞組的勵磁信號加入后，定尺繞組的感應(gny

34、ng)電動勢為： 式中 K感應(gnyng)系數(shù)； 定尺繞組與滑尺繞組的相對位移角； E0m定尺繞組電動勢幅值。 （54） 第51頁/共249頁第五十二頁，共249頁。 若 ，則定尺繞組電動勢幅值E0m0。利用這個原理，要測量定尺與滑尺之間移動的位移角 ，可改變勵磁信號 角的設定值，然后，測量E0m的大小，當設定值 變化到使E0m=0，即 時，就間接地通過設定值 獲得了定尺和滑尺之間位移角 的實際值。所以幅值比較伺服系統(tǒng)中，若要獲得 和 之間的關系，只需要檢測的電動勢即可。這項工作由鑒幅器來完成。為了實現(xiàn)閉環(huán)控制，電動勢幅值需經(jīng)電壓頻率變換電路，才能變成相應的數(shù)字脈沖。該數(shù)字脈沖一方面與指令脈

35、沖作比較以獲得位置偏差(pinch)信號，另一方面作為修改勵磁信號中 的設定輸入，使 跟隨 的變化。 第52頁/共249頁第五十三頁，共249頁。 幅值比較伺服系統(tǒng)具體的工作過程如下：初始狀態(tài)時工作臺靜止不動，指令脈沖 ， ，經(jīng)鑒幅器檢測定尺繞組的電動勢幅值為0，由電壓頻率變換電路得到反饋脈沖Pf也為0。所以比較器輸出的位置(wi zhi)偏差Pe=PCPf=0，伺服電動機速度給定值為0，工作臺繼續(xù)處于靜止狀態(tài)。 當系統(tǒng)接收到正的指令脈沖PC0時，工作臺仍保持靜止狀態(tài)，和均沒有變化，反饋脈沖Pf仍為0。因此，比較器輸出的位置(wi zhi)偏差Pe=PCPf0，該偏差是一數(shù)字量，所以在比較器和

36、伺服放大器之間設有數(shù)模轉換器，使其成為伺服系統(tǒng)的速度給定信號。 第53頁/共249頁第五十四頁，共249頁。 于是，伺服電動機帶動工作臺正向進給，同步感應器滑尺相對于定尺產(chǎn)生位移。此時定尺和滑尺間的位移角 超前于勵磁信號的電氣角 ，定尺繞組電動勢幅值E0m0，經(jīng)前置(qin zh)放大器、鑒幅器和電壓頻率變換器，轉換成相應的的反饋脈沖Pf。脈沖Pf一方面與指令脈沖作比較，獲得位置偏差Pe=PCPf；另一方面輸入勵磁電路，作為修改勵磁信號電氣角 的設定輸入，使 跟隨 變化。若仍有Pe=PCPf0，則工作臺還沒有指令要求的位置，伺服電動機繼續(xù)帶動工作臺移動，反饋脈沖Pf和勵磁信號電氣角 繼續(xù)變化。

37、直到使位置偏差Pe=PCPf=0，伺服電動機速度給定值0。此時， = ，定尺繞組電動勢幅值E0m=0，工作臺又處于靜止狀態(tài)。 第54頁/共249頁第五十五頁，共249頁。 若系統(tǒng)接收到負的指令脈沖，整個系統(tǒng)的檢測、比較及控制過程與系統(tǒng)接收到正的指令脈沖類似。只是工作臺向反向進給，定尺與滑尺之間的位移角 滯后于勵磁信號的電氣角 ， ，使 跟隨 變化，直到到達負向指令要求的位置，工作臺又處于靜止狀態(tài)(zhungti)。 從上可以看出，在幅值比較伺服系統(tǒng)中，勵磁信號的電氣角 是由系統(tǒng)設定的，并跟隨工作臺的進給而被動變化的，所以可以利用作為工作臺實際位置的測量值。當工作臺到達進給指令要求的位置并穩(wěn)定后

38、，有 ，數(shù)顯裝置顯示的電氣角 ，實際上就是的位移角 ，即工作臺的位移量。 第55頁/共249頁第五十六頁，共249頁。2.鑒幅器 第56頁/共249頁第五十七頁，共249頁。 圖5-13為鑒幅器原理圖。輸入端的e0是感應同步器定尺繞組的感應電動勢，由式e0=E0msint可知，e0是交變電動勢。該信號首先通過低通濾波器，濾去交變信號中的高次諧波和干擾信號，獲得較為理想的正弦波形。通過運算放大器將信號 放大。然后(rnhu)，由互為反向的開關信號SL和 實現(xiàn)通道的通斷控制，其開關頻率與輸入信號相同。由圖5-14a可見，在e0信號的0區(qū)間，SL=1，使S1接通，e0信號經(jīng) 、S1，到達低通濾波器的

39、輸入端UE；e0信號的2區(qū)間， =1，使S1接通，e0信號經(jīng)A1、反向器A2、 S2，到達低通濾波器的輸入端UE。 1A1A第57頁/共249頁第五十八頁，共249頁。 工作臺做正向運動時，由于反向器A2的作用，使e0負半周也變成正半周信號。這樣在UE處得到了一單向脈動的直流信號。該信號經(jīng)低通濾波器后，鑒幅器輸出信號為一平滑的直流信號UF。從圖中可見，由于UF是UE的平均值，它的大小與e0信號的電動勢幅值E0m直接有關。E0m增大，UF也跟著增大，所以(suy)的大小實際上反映了和 之間相位差的大小。UF越大，和 之間相位差越大。另外，從圖5-14中可以看出，站柜臺正向運動時，輸出端UF為正值

40、；工作臺反向運動時，輸出端UF為負值。 第58頁/共249頁第五十九頁，共249頁。 正向運動 （） 反向運動 （） 2 t t t t SL LS (a)鑒幅器輸出波形 e0 UE UF O O O /2 3/2 2 （b）數(shù)字正、余弦勵磁信號 2 2 O O U U U U U1 U2 圖 5-14 幅值比較控制波形 第59頁/共249頁第六十頁，共249頁。 3.電壓頻率變換(binhun)器 電壓頻率變換(binhun)器的作用是將鑒幅器輸出的電壓UF變換(binhun)成相應的脈沖序列，并且脈沖序列的頻率與UF電壓的高低成正比。由于電壓UF是雙極性的，UF電壓經(jīng)極性處理電路后，使Un

41、成為UF的絕對值，且始終大于0。壓控振蕩器（VCO）將輸入的單極性直流電壓轉換成相應頻率的脈沖輸出。壓控振蕩器（VCO）它輸出的脈沖頻率與控制電壓成正比關系。 第60頁/共249頁第六十一頁，共249頁。 4.脈沖調(diào)寬式勵磁信號 感應同步器滑尺繞組的勵磁可采用模擬量勵磁式和脈沖調(diào)寬式。由于模擬量勵磁方式易受外界干擾而影響精度，所以比較(bjio)多地采用脈沖調(diào)寬式勵磁方式。脈沖寬度調(diào)制實際上是用控制矩形波脈寬的方法來等效地實現(xiàn)正弦波勵磁，其波形如圖5-14b所示。 若滑尺上的兩勵磁繞組加以矩形波勵磁信號。則兩勵磁繞組信號U1和U2為： 第61頁/共249頁第六十二頁，共249頁。 式中 A矩形

42、波的幅值 正弦波勵磁中的電氣角，在此為影響矩形波寬度的參數(shù)。 其中U1的脈寬為2 ，U2的脈寬為2 。如用傅立葉級數(shù)對U1和U2進行展開，并消去高次諧波(xi b)，則U1和U2信號的基波分量為： （55） （56） 第62頁/共249頁第六十三頁，共249頁。 可以看出，設法消除高次諧波的影響后，用脈寬調(diào)制的矩形波勵磁與正弦波勵磁在幅值工作方式下工作的功能完全相當。因此，可將對電氣角的控制轉變對脈沖寬度的控制。在數(shù)字電路中，對脈沖寬度的控制比較準確和容易實現(xiàn)。 圖5-15是脈沖調(diào)寬矩形脈沖發(fā)生器原理圖，其中脈沖加減器和兩個分頻系數(shù)相同(xin tn)的分頻器用于實現(xiàn)數(shù)字移相，計數(shù)觸發(fā)脈沖 和

43、 的頻率是在時鐘脈沖的基礎上，按位置反饋脈沖Pf和電壓頻率變換器輸出信號US的狀態(tài)進行加減的。每個分頻器有兩路相差90的電角度的溢出脈沖輸出，通過組合邏輯進行調(diào)寬脈沖的波形合成。 第63頁/共249頁第六十四頁，共249頁。第64頁/共249頁第六十五頁，共249頁。 當無實際值脈沖時，時鐘脈沖CP直接加于分頻(fn pn)器，分頻(fn pn)結果輸出為參考信號。此時產(chǎn)生的勵磁信號為sin0和cos0。當工作臺移動時，滑尺和定尺有位置偏差，產(chǎn)生反饋脈沖Pf。根據(jù)運動方向信號Ux，使兩分頻(fn pn)器中一個做加，一個做減，于是產(chǎn)生向前移相信號A和向后移相信號B。經(jīng)過組合邏輯門，產(chǎn)生信號si

44、n1和sin2、cos1和cos2。再經(jīng)輸出門將這些信號合成，產(chǎn)生調(diào)制波U1和U2。加于滑尺的相應繞組上。 第65頁/共249頁第六十六頁，共249頁。 經(jīng)位置控制的脈沖比較、相位比較或幅值比較獲得的位置偏差均以脈沖的形式存在，該位置偏差經(jīng)一定的轉換后，形成速度控制信號，數(shù)控系統(tǒng)一般(ybn)輸出的速度控制信號為模擬電壓10+10V，作為伺服驅(qū)動裝置的控制信號。該信號通過伺服驅(qū)動裝置驅(qū)動伺服電動機。速度控制信號的大小與伺服電動機的轉速成正比；速度控制信號的正、負決定了伺服電動機的正、反轉。從位置偏差到速度控制信號的形成如圖5-16所示。 第66頁/共249頁第六十七頁，共249頁。 速度指令V

45、C=位置偏差Pe位置增益KV。 位置增益KV決定了速度對位置偏差的響應程度，它反映了伺服系統(tǒng)的靈敏度。 將速度指令VC轉換為速度控制電壓UP的轉換電路(dinl)常采用的脈寬調(diào)制器(PWM)的方法。圖5-17所示為某一具體的PWM電路(dinl)。 第67頁/共249頁第六十八頁，共249頁。 圖5-17是位置控制的硬件部分。它由速度指令寄存(jcn)器，4位粗計數(shù)器、9位精計數(shù)器，模擬開關和電壓放大部分組成，它是一個模數(shù)轉換裝置。由軟件部分計算出的速度指令值首先送入硬件部分的速度指令寄存(jcn)器寄存(jcn)，如前所述，每1/2插補時間軟件部分計算一次位置偏移量Di和速度指令值V0i，因

46、此，每4ms速度指令寄存(jcn)器得到一個新值。速度指令寄存(jcn)器有14位，最大指令VC為（ 1）=8191。最高位用作符號位，08位送往精計數(shù)器，912位送往精計數(shù)器。 第68頁/共249頁第六十九頁，共249頁。 最高位用作符號位，08位送往精計數(shù)(j sh)器，912位送往精計數(shù)(j sh)器。精計數(shù)(j sh)器的計數(shù)(j sh)時鐘頻率是4MHZ最大計數(shù)(j sh)值是512，每計一個數(shù)的時間是0.25s，512的計數(shù)(j sh)時間是128s。粗計數(shù)(j sh)器時鐘頻率是125MHZ，每減一個數(shù)的頻率是8s，最大計數(shù)(j sh)值是16，共用128s。因此可知粗、精計數(shù)(

47、j sh)器的計數(shù)(j sh)周期都是128s。為能連續(xù)計數(shù)(j sh)，每隔128s，速度指令寄存器必須向兩個計數(shù)(j sh)器同時送數(shù)一次。在4ms時間內(nèi)共送數(shù)34次。這樣，脈寬調(diào)制器就可將速度指令寄存器中的速度指令值VC變換成周期等于置數(shù)周期T（128us），而寬度與VC值成正比的調(diào)寬脈沖（包括MPC和MPF）。 第69頁/共249頁第七十頁，共249頁。第70頁/共249頁第七十一頁，共249頁。 圖5-18是模擬開關電路圖。三個標準電壓5V、2.5 V、0 V分別接到傳輸門A、B、 C的輸入端，三個門的輸出端連到一起，作為電壓輸出端，三個門開關的控制(kngzh)信號來自計數(shù)器和符號

48、位。若符號位SN為正，計數(shù)器的輸出MP也為正，則與非門的輸出為負，反向器a的輸出為正，A門通，使輸出端NP的電壓為5V。此時與非門的輸出為正，c的輸出為負；因MP為正，因而b的輸出為負，B 、C兩門都關閉。當符號位SN為負，計數(shù)器MP的輸出為正時，與門的輸出為正與非門的輸出為負，使C門開通，輸出端NP電壓為0V，此時A、B兩門關閉。當計數(shù)器的輸出MP為負時，無論符號位SN是正還是負，C門開通，A、B兩門關閉，輸出端NP為2.5V。 第71頁/共249頁第七十二頁，共249頁。第72頁/共249頁第七十三頁，共249頁。 MP何時為正何時為負，與計數(shù)(j sh)器的計數(shù)(j sh)值大小有關。粗

49、精計數(shù)(j sh)器都是減法計數(shù)(j sh)器，從兩個計數(shù)(j sh)器置入數(shù)開始計算，當把置入的數(shù)減到零時計數(shù)(j sh)結束。在置數(shù)周期128s期間內(nèi)，計數(shù)(j sh)值減到0以前計數(shù)(j sh)器輸出高電平，以后輸出低電平。因而每一個置數(shù)周期輸出一個方波。計數(shù)(j sh)值越大，計數(shù)(j sh)的時間越長，方波的正半周越寬。當精計數(shù)(j sh)器的置數(shù)值為511時（低9位每位都是二進制的1）正半周的寬度等于置數(shù)周期，負半周為0，當粗計數(shù)(j sh)器的置數(shù)值為15時，在全部置數(shù)周期內(nèi)（128s）輸出高電平。 第73頁/共249頁第七十四頁，共249頁。 模擬開關的輸出電壓NP與計數(shù)器的輸

50、出方波相對應：在正半周時，MP為高電平，根據(jù)符號位不同，或門打開，NP為5 V或0V；負半周時，門打開，NP為2.5V。因此NP是一個半波寬隨計數(shù)值而變化的脈沖。脈沖周期T等于計數(shù)器的置數(shù)周期。它的直流平均(pngjn)電壓UNP（單位為V）可以表示如下： 作用就是要將不帶符號的MP變化成反映正、負速度指令的標準電壓UNP（包括UNPC和UNPF），其波形如圖5-19所示。 第74頁/共249頁第七十五頁，共249頁。第75頁/共249頁第七十六頁，共249頁。 當速度指令為正時(zhn sh)，SN=0 UNP=2.5（1/T）(V) 當速度指令為負時，SN=1 UNP=2.5（1/T）(V

51、) 其中/T為脈寬占空比，該比值越大，說明速度指令越大。 根據(jù)圖5-17，UNP經(jīng)濾波和運算放大器A1、A2處理后，設標準電壓UREFD=2.024 V，則速度控制電壓 UP=10.6254UNPC0.25UNPF(V) （57） （58） （59） 第76頁/共249頁第七十七頁，共249頁。 （1）當正向最高速度指令值VC=+8191時，占空比/T=1，根據(jù)式（57），UNP=0V，即UNPC=0 V，UNPF=0 V，根據(jù)式（59）UP=10.625 V，這表示伺服電動機獲得最高正向轉速。 （2）當反向最高速度指令值VC=8191時，占空比/T= 1，根據(jù)式（58），UNP=5V，即UN

52、PC=5V，UNPF=5V，根據(jù)式（59）UP=10.625 V，這表示伺服電動機獲得最高反向轉速。 這樣速度控制電壓VCMD約在10+10 V范圍內(nèi)線性變化，該電壓作為伺服驅(qū)動裝置的控制電壓，其大小決定了伺服電動機的轉速，正、負號決定了伺服電動機的正、反轉(fn zhun)，最終實現(xiàn)工作臺進給速度的調(diào)整和正、反向進給。 第77頁/共249頁第七十八頁，共249頁。 由于粗計數(shù)器是對14位的速度指令寄存器中的912位計數(shù)，因此它每減一個數(shù)相當于精計數(shù)器減512次計數(shù)。也就是說計數(shù)器的每次減1，計數(shù)器使速度指令電壓UP的變化比精計數(shù)器大512倍。為此在硬件部分采用了兩個措施。措施1是降低(jin

53、gd)粗計數(shù)器的計數(shù)頻率。由前述可知：精粗計數(shù)器的計數(shù)頻率之比是 。措施2是增大放大倍數(shù)，由上面可知的放大倍數(shù)是4，而的放大倍數(shù)是0.25，兩者之比為16。其結果為3216=512，正好與速度指令寄存器第九位的權值相同。 第78頁/共249頁第七十九頁，共249頁。 進給坐標軸的位置控制一般采用大規(guī)模專用集成電路位置控制芯片，也可采用通用芯片構成位置控制模板。 1. MB8739 MB8739是FANUC公司設計的專用位置控制芯片，其結構如圖5-20所示。該芯片適用的位置檢測裝置為增量(zn lin)式的光柵或光電編碼器。在圖中，與伺服電動機同軸聯(lián)接的光電編碼器產(chǎn)生一系列脈沖，該脈沖經(jīng)接收器反

54、饋到MB8739，其中，PA、PB為相位差90的序列脈沖，PC為零標志脈沖。 第79頁/共249頁第八十頁，共249頁。第80頁/共249頁第八十一頁，共249頁。 MB8739包括位置(wi zhi)測量與反饋全部線路，集成度非常高，其結構主要包括以下幾個部分： (1) DDA插補器 該插補器作為粗、精二級插補結構的第二級精插補，即細插補，它的輸入是上一級軟件插補及一個插補周期的進給信息，即粗插補數(shù)據(jù)。 (2) 誤差寄存器 實現(xiàn)指令位置(wi zhi)與實際位置(wi zhi)的比較，并寄存比較后的誤差Pe，實際上是采用可逆計數(shù)器的脈沖比較。位置(wi zhi)指令PC來自DDA插補器，位置

55、(wi zhi)反饋值Pf來自鑒相器，即Pe=PCPf。 第81頁/共249頁第八十二頁，共249頁。 (3) 位置增益 將位置偏差乘以位置增益KV，獲得速度指令值VC。位置增益KV決定了速度對位置偏差的響應程度，它反映了伺服系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定性，是位置控制的很重要的一個伺服參數(shù)，可根據(jù)實際系統(tǒng)要求來設定。 (4) 漂移補償 伺服系統(tǒng)經(jīng)常受到漂移的干擾(gnro)，即在無速度輸出時，坐標軸可能發(fā)生移動，從而影響機床的精度。漂移補償?shù)淖饔镁褪钱斊七_到一定程度時，自動予以補償。 (5) 速度指令脈寬調(diào)制PWM 其作用就是將速度指令調(diào)制成某一固定頻率，寬度與位置偏差成正比的矩形波脈沖，輸出粗誤差指

56、令CCMD和精誤差指令FCMD。 第82頁/共249頁第八十三頁，共249頁。 (6) 鑒相器 其作用就是處理光電編碼器的反饋信號，通過辨向和倍頻獲得表示運動方向的一系列脈沖。一方面作為位置反饋脈沖，另一方面經(jīng)頻率電壓變換（F/V）形成速度反饋模擬電壓TSA、TSB，其大小與轉速成正比，正、負由鑒相器對PA、PB脈沖的相位進行辨向獲得。 (7) 參考計數(shù)器 機床各坐標軸回參考點時，通過參考計數(shù)器對零標志脈沖PC進行計數(shù)，產(chǎn)生(chnshng)參考點信號REF，又稱柵格信號。 (8) 地址譯碼器 控制芯片內(nèi)部各數(shù)據(jù)和寄存器的地址選擇。 第83頁/共249頁第八十四頁，共249頁。 (9) CMR

57、和DMR CMR是指令脈沖倍率，DMR為檢測脈沖倍率，它們的數(shù)值由軟件設定。設置的目的是為了在比較(bjio)器中進行比較(bjio)的指令脈沖和反饋脈沖的當量相符。設光電編碼器的每轉脈沖數(shù)為N，指令脈沖當量為，滾珠絲杠螺距為t，則CMR=N/tDMR 在MB8739中，經(jīng)PWM調(diào)制后形成正速度指令FCMD和CCMD，通過D/A生成速度控制電壓VCMD，相當于前述的UP，作為伺服驅(qū)動裝置的速度控制信號，控制伺服電動機的轉速及轉向。 第84頁/共249頁第八十五頁，共249頁。2. MB8720 第85頁/共249頁第八十六頁，共249頁。 MB8720也是FANUC公司專用位置控制芯片。該芯片

58、適配的位置檢測裝置為工作在幅值方式下的旋轉變壓器或感應同步器，其位置控制如圖5-21所示。 1. 位置控制的軟件處理 在數(shù)控系統(tǒng)伺服中斷期間，系統(tǒng)每隔4ms定時地從MB8720中的實際位置計數(shù)器中采集實際位置增量Pf（在4ms內(nèi)所移動的實際位移，按脈沖(michng)當量換算后所得的數(shù)字量），原實際位置為 ，則新的實際位置值為第86頁/共249頁第八十七頁，共249頁。 同樣，插補周期每8ms內(nèi)的位置指令增量為PC，位置指令值為，則新的位置指令值為 式中系數(shù)1/2是因為8ms插補的進給量是由兩次4ms的位置控制中斷來實現(xiàn)(shxin)的。位置偏差Pe為 其中 為原位置偏差，Pe為位置偏差增量。

59、位置偏差增量Pe乘以位置增益及偏移補償后得到速度指令值VC送MB8720。 第87頁/共249頁第八十八頁，共249頁。 2. 位置控制的硬件處理 在MB8720中，數(shù)字(shz)量的速度指令值經(jīng)PWM調(diào)制輸出再經(jīng)D/A轉換得到速度控制電壓VCMD。 同時，旋轉變壓器或感應同步器的感應電壓經(jīng)位置檢測電路中的鑒幅器、絕對值處理和方向辨別及F/V變換后得到相應的頻率脈沖送MB8720。在MB8720中，該脈沖一方面作為計數(shù)脈沖送入實際位置計數(shù)器，另一方面至sin、cos信號發(fā)生器，使sin、cos勵磁電壓的電氣設定角始終跟隨感應電壓中的相位角。MB8720輸出的sin、cos信號經(jīng)過位置檢測電路中

60、的濾波、放大后加到旋轉變壓器或感應同步器中的正、余弦勵磁繞組上。 第88頁/共249頁第八十九頁，共249頁。 數(shù)控系統(tǒng)采用(ciyng)位置控制模板的方案很普遍，圖5-22為采用(ciyng)位置控制模板的CNC系統(tǒng)結構框圖。 第89頁/共249頁第九十頁，共249頁。 位置控制功能由軟件和硬件兩部分(b fen)共同實現(xiàn)。軟件負責計算位置跟隨誤差和進給速度指令的數(shù)值；硬件由位置控制輸出組件和位置測量組件組成。 位置控制輸出組件的作用是將數(shù)控系統(tǒng)以數(shù)字形式輸出的跟隨誤差轉換為伺服驅(qū)動所需的速度電壓信號。位置輸出組件一般包括D/A轉換和放大兩個環(huán)節(jié)。位置輸出組件中的D/A由緩沖計數(shù)器、二進制計