數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)概述和數(shù)控機(jī)床編程及加工

第六章數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)6.1概述6.2開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路6.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)與反饋比較形式6.4直流伺服電機(jī)與調(diào)速系統(tǒng)6.5交流伺服電機(jī)與主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16.1概述6.1.1伺服系統(tǒng)的分類(lèi)數(shù)控伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)（M）、驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制轉(zhuǎn)換電路、電力電子驅(qū)動(dòng)放大模塊、電流調(diào)解單元、速度調(diào)解單元、位置調(diào)解單元和相應(yīng)的檢測(cè)裝置（如光電脈沖編碼器G）等組成。一般閉環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6.1所示。它是一個(gè)三環(huán)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其中，外環(huán)是位置環(huán)，中環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。2開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)

（1）按調(diào)節(jié)理論分類(lèi)3電液伺服控制系統(tǒng)電氣伺服控制系統(tǒng)（2）按使用的執(zhí)行元件分類(lèi)進(jìn)給伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)（3）按被控對(duì)象分類(lèi)4（1）高精度由于數(shù)控機(jī)床的動(dòng)作是由伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的，為了保證移動(dòng)部件的定位精度，對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)要求定位準(zhǔn)確。一般要求定位精度達(dá)到0.01～0.001mm；高檔設(shè)備的定位精度要求達(dá)到0.1μm以上。速度控制要求在負(fù)載變化時(shí)有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)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。6.1.2伺服系統(tǒng)的基本要求

5（2）穩(wěn)定性好穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)，對(duì)伺服系統(tǒng)要求有較強(qiáng)的抗干擾能力。穩(wěn)定性是保證數(shù)控機(jī)床正常工作的條件，直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。6（3）響應(yīng)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(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快。這就對(duì)伺服系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)、制動(dòng)、加速、減速等動(dòng)態(tài)過(guò)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(guò)渡過(guò)程時(shí)間，一般電動(dòng)機(jī)速度由零到最大，或從最大減少到零，時(shí)間應(yīng)控制在200毫秒以下，甚至少于幾十毫秒，且速度變化不應(yīng)有超調(diào)；另一方面，當(dāng)負(fù)載突變時(shí)，過(guò)渡過(guò)程恢復(fù)時(shí)間要短且無(wú)振蕩，這樣才能達(dá)到光滑的加工表面。7（4）調(diào)速范圍寬目前數(shù)控機(jī)床一般要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)的調(diào)速范圍是0～30m/min，有的已達(dá)到240m/min。除去滾珠絲杠和降速齒輪的降速作用。伺服電動(dòng)機(jī)要有更寬的調(diào)速范圍。對(duì)于主軸電動(dòng)機(jī)，因使用無(wú)級(jí)調(diào)速，要求有（1:100）～（1:1000）范圍內(nèi)的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速以及1:10以上的恒功率調(diào)速。（5）低速大轉(zhuǎn)矩機(jī)床在低速切削時(shí)，切深和進(jìn)給都較大，要求主軸電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩較大。現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床，通常是伺服電動(dòng)機(jī)與絲杠直聯(lián)，沒(méi)有降速齒輪，這就要求進(jìn)給電動(dòng)機(jī)能輸出較大的轉(zhuǎn)矩。對(duì)于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要是速度和位置控制。8（6）較強(qiáng)的過(guò)載能力由于電動(dòng)機(jī)加減速時(shí)要求有很快的響應(yīng)速度，而使電動(dòng)機(jī)可能在過(guò)載的條件下工作，這就要求電動(dòng)機(jī)有較強(qiáng)的抗過(guò)載能力。通常要求在數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載4～6倍而不損壞。

（7）慣性匹配移動(dòng)部件加速和降速時(shí)都有較大的慣量，由于要求系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能好，因而電動(dòng)機(jī)的慣量要與移動(dòng)部件的慣量匹配。通常要求電動(dòng)機(jī)的慣量不小于移動(dòng)部件慣量。96.2開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)6.2.1開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的組成開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)不存在反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是控制精度和抑制干擾的能力較差，且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變動(dòng)敏感。106.2.2步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)流行于上世紀(jì)70年代，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易、維修方便，且控制為全數(shù)字化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其它部分均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。因此，這類(lèi)系統(tǒng)目前仍有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)。目前步進(jìn)電機(jī)僅用于小容量、低速、精度要不高的場(chǎng)合，如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備、打印機(jī)、繪圖機(jī)等計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備。11步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械角位移的電磁機(jī)械裝置。由于所用電源是脈沖電源，所以也稱(chēng)為脈沖馬達(dá)。步進(jìn)電機(jī)和一般電機(jī)不同，一般電機(jī)通電后連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而步進(jìn)電機(jī)則隨輸入的脈沖按節(jié)拍一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為一步。每一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度叫做步距角。12

步進(jìn)電機(jī)的角位移量和輸入的脈沖數(shù)成正比。在時(shí)間上與輸入的脈沖同步。因此，只需要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電相序，便可以獲得所需要的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在無(wú)脈沖輸入時(shí)，步進(jìn)電機(jī)在繞組電源激勵(lì)下，氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有的位置而處于定位狀態(tài)。13步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi)按運(yùn)動(dòng)方式分：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)式步進(jìn)電機(jī)；按工作原理分：反應(yīng)式（磁阻式）、電磁式、永磁式；按結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)味问剑◤较蚴剑?、多段式（軸向式）；按使用場(chǎng)合分：功率步進(jìn)電機(jī)和控制步進(jìn)電機(jī)；按相數(shù)分：三相、四相、五相、六相、八相等；按使用頻率分：高頻率和低頻步進(jìn)電機(jī)；

不同的步進(jìn)電機(jī)，其工作原理、驅(qū)動(dòng)裝置也不完全一樣。14CA'BB'C'A3412

A相繞組通電，B、C相不通電。氣隙產(chǎn)生以A-A為軸線的磁場(chǎng)，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過(guò)，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1、3齒與A、A′極對(duì)齊?！叭唷敝溉嗖竭M(jìn)電機(jī)；“單”指每次只能一相繞組通電；“三拍”指通電三次完成一個(gè)通電循環(huán)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理15CA'BB'C'A3412

同理，B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)30角，2、4齒和B、B′

磁極軸線對(duì)齊；當(dāng)C相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)30角，1、3齒和C′、C磁極軸線對(duì)齊。1C'342CA'BB'A16

這種工作方式下，三個(gè)繞組依次通電一次為一個(gè)循環(huán)周期，一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)工作脈沖，所以稱(chēng)為三相單三拍工作方式。

按ABCA……的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。每一拍轉(zhuǎn)過(guò)30°(步距角)，每個(gè)通電循環(huán)周期(3拍)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)了360°而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90°(一個(gè)齒距角)。2.三相六拍

按AABBBCC

CA的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制特性。17CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與A、A'對(duì)齊。

A、B相同時(shí)通電，A、A'磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)15，到達(dá)左圖所示位置。18CA'BB'C'A3412

B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒與B、B′對(duì)齊,又轉(zhuǎn)過(guò)15。3412CA'BB'C'AB、C相同時(shí)通電，C'、C

磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)15。19三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周期如下：AABBBCC

CA，每個(gè)循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)15（步距角），一個(gè)通電循環(huán)周期(6拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90(齒距角)。與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。3.三相雙三拍按ABBCCA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電。20AB通電CA'BB'C'A3412BC通電3412CA'BB'C'ACA通電CA'BB'C'A3412與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30(步距角)，一個(gè)通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90(齒距角)。21從上述可知，步距角的大小與通電方式和轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)，其大小可用下式計(jì)算：

α＝360o／(Zm)Z－轉(zhuǎn)子齒數(shù)m一運(yùn)行拍數(shù)22步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)2324步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要解決的主要問(wèn)題：

①動(dòng)力計(jì)算②傳動(dòng)計(jì)算③驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)或選擇

傳動(dòng)計(jì)算選擇合適的參數(shù)以滿足脈沖當(dāng)量和進(jìn)給速度F的要求。圖中：f—脈沖頻率（HZ）α—步距角（度）Z1、Z2—傳動(dòng)齒輪齒數(shù)t—螺距(mm)

—脈沖當(dāng)量（mm）步進(jìn)電機(jī)Z1Z2tf，25傳動(dòng)比選擇：為了湊脈沖當(dāng)量mm，也為了增大傳遞的扭矩，在步進(jìn)電機(jī)與絲桿之間，要增加一對(duì)齒輪傳動(dòng)副，那么，傳動(dòng)比i=Z1/Z2與α、、t之間有如下關(guān)系：

α—步距角，

－脈沖當(dāng)量，

t－絲杠導(dǎo)程。26例1：=0.01mm,t=1.5mm,α=1.2°步進(jìn)電機(jī)Z1Z2tf，27進(jìn)給速度F：一般步進(jìn)電機(jī)：若：δ=0.01mm則：若：δ=0.001mm則：因此，當(dāng)fmax一定時(shí)，F(xiàn)max與δ成正比，故我們?cè)谡劦讲竭M(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的最高速度時(shí)，都應(yīng)指明是在多大的脈沖當(dāng)量δ下的,否則是沒(méi)有意義的。28提高步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)精度的措施

影響步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)傳動(dòng)精度的因素：步進(jìn)電機(jī)的步距角精度；機(jī)械傳動(dòng)部件的精度；絲桿等機(jī)械傳動(dòng)部件、支承的傳動(dòng)間隙；傳動(dòng)件和支承件的變形。

提高步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)傳動(dòng)精度的措施適當(dāng)提高系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)的精度；采取各種精度補(bǔ)償措施。29傳動(dòng)間隙補(bǔ)償

在整個(gè)行程范圍內(nèi)測(cè)量傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)間隙，取其平均值存放在數(shù)控系統(tǒng)中的間隙補(bǔ)償單元，當(dāng)進(jìn)給系統(tǒng)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)將補(bǔ)償值加到進(jìn)給指令中，從而達(dá)到補(bǔ)償目的。

螺距誤差補(bǔ)償利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理能力，可以補(bǔ)償滾珠絲杠的螺距累積誤差，以提高進(jìn)給位移精度。方法：首先測(cè)量出進(jìn)給絲杠螺距誤差曲線(規(guī)律)，然后可采用下列兩種方法實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償：硬件補(bǔ)償、軟件補(bǔ)償。30例2

設(shè)X-Y工作臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)直接經(jīng)絲桿螺母副驅(qū)動(dòng)，絲桿螺距為5mm，步進(jìn)電機(jī)步距角為150，工作方式三相六拍，工作臺(tái)最大行程為400mm，求：（1）脈沖當(dāng)量；（2）微機(jī)發(fā)出的脈沖總數(shù)是多少？31(2)計(jì)算脈沖數(shù)n，由n=L(工作臺(tái)最大行程）所以，脈沖數(shù)為：n=L/=400/0.02083=19200步解：

（1）由計(jì)算脈沖當(dāng)量：360=L0已知，

L0=5mm，=150求脈沖當(dāng)量計(jì)算=5/3601.5=0.02083(mm)326.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)與與反饋比較形式6.3.1閉環(huán)與半閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，傳感器安裝在控制目標(biāo)部件上，直接檢測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，并將目標(biāo)的有關(guān)信息反饋到控制器，由控制器進(jìn)行反饋控制。具有反饋環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)具有抑制干擾的能力，控制精度較高；但是反饋環(huán)節(jié)的引入增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，且增益選擇不當(dāng)時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。336.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)與與反饋比較形式6.3.1閉環(huán)與半閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，傳感器安裝在中間部件上，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的中間部件的狀態(tài)參數(shù)推知控制目標(biāo)部件的工作狀態(tài)，從而對(duì)控制目標(biāo)部件的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使之滿足要求。346.3.2數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，脈沖比較伺服系統(tǒng)應(yīng)用比較普遍。這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，易于實(shí)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(cè)元件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(cè)元件，以半閉環(huán)形式構(gòu)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(cè)元件反饋脈沖在比較器進(jìn)行比較，得到位置偏差脈沖信號(hào)。伺服系統(tǒng)根據(jù)這一偏差信號(hào)去驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，原理框圖如圖6-2所示。352.脈沖比較伺服系統(tǒng)組成圖6-2是以光電編碼器為位置檢測(cè)元件的脈沖比較伺服系統(tǒng)。它主要由下列部分組成：36(1)由計(jì)算機(jī)數(shù)控制裝置提供指令的脈沖。(2)反映機(jī)床工作臺(tái)實(shí)際位置的位置檢測(cè)器。(3)完成指令信號(hào)與反饋信號(hào)相比較的比較器。(4)將比較器輸出數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成伺服電動(dòng)機(jī)模擬控制信號(hào)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。(5)執(zhí)行元件（伺服電動(dòng)機(jī)）。37當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)要求工作臺(tái)向一個(gè)方向進(jìn)給時(shí)，經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算得到一系列進(jìn)給脈沖作為指令脈沖，其數(shù)量代表了工作臺(tái)的指令進(jìn)給量，頻率代表了工作臺(tái)的進(jìn)給速度，方向代表了工作臺(tái)的進(jìn)給方向。以增量式光電編碼器為例，當(dāng)光電編碼器與伺服電動(dòng)機(jī)及滾珠絲杠直聯(lián)時(shí)，隨著伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生序列脈沖輸出，脈沖的頻率將隨著轉(zhuǎn)速的快慢而升降?，F(xiàn)設(shè)工作臺(tái)處于靜止?fàn)顟B(tài)。38（1）指令脈沖PC=0，這時(shí)反饋脈沖Pf=0，則Pe=0，則伺服電動(dòng)機(jī)的速度給定為零，工作臺(tái)繼續(xù)保持靜止不動(dòng)。（2）現(xiàn)有正向指令PC+=2，可逆計(jì)數(shù)器加2，在工作臺(tái)尚未移動(dòng)之前，反饋脈沖Pf+=0，可逆計(jì)數(shù)器輸出Pe=Pc+－Pf+=2－0=2，經(jīng)轉(zhuǎn)換，速度指令為正，伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)正向進(jìn)給。（3）工作臺(tái)正向運(yùn)動(dòng)，即有反饋脈沖Pf+產(chǎn)生，當(dāng)Pf+＝１時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器減１，此時(shí)Pe=Pc+－Pf+=2－1＞0，伺服電動(dòng)機(jī)仍正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)繼續(xù)正向進(jìn)給。（4）當(dāng)Pf+=2時(shí)，Pe=Pc+－Pf+=2－2=0，則速度指令為零，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，工作臺(tái)停止在位置指令所要求的位置。39當(dāng)指令脈沖為反向PC-時(shí)，控制過(guò)程與正向時(shí)相同，只是Pe＜0，工作臺(tái)反向進(jìn)給。當(dāng)采用絕對(duì)式編碼器時(shí)，通常情況下，先將位置檢測(cè)的代碼反饋信號(hào)經(jīng)數(shù)碼－數(shù)字轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字脈沖信號(hào)，再進(jìn)行脈沖比較。403.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(hào)與Pf的脈沖符號(hào)相比較，得到脈沖偏差信號(hào)Pe。比較器為由加減可逆計(jì)數(shù)器組成的數(shù)字脈沖比較器，其組成框圖如圖6-3所示。41PC+、PC-和Pf+、Pf-的加、減定義見(jiàn)表6-1。位置指令含義運(yùn)算位置反饋含義可逆計(jì)數(shù)器運(yùn)算PC+正向運(yùn)動(dòng)指令+Pf+正向位置反饋－PC-反向運(yùn)動(dòng)指令－Pf-反向位置反饋＋表6-1PC、Pf的定義42

脈沖分離電路的作用是：在加、減脈沖先后分別到來(lái)時(shí)，各自按預(yù)定的要求經(jīng)加法計(jì)數(shù)端或減法計(jì)數(shù)端進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器。若加、減脈沖同時(shí)到來(lái)時(shí)，則由該電路保證先作加法計(jì)數(shù)，然后再作減法計(jì)數(shù)，這樣可保證兩路計(jì)數(shù)脈沖均不會(huì)丟失。43在脈沖比較伺服系統(tǒng)中，只有實(shí)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6-4為一脈沖比較器，其工作原理是

A1、A4、A5、A8、A9為或非門(mén)；A2、A3、A6、A7為觸發(fā)器；A12為8位移位寄存器；A10、A11為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；A13為可逆計(jì)數(shù)器。當(dāng)PC+與PC-不同時(shí)輸出時(shí)，在A1和A5中同一時(shí)刻只有一路有脈沖輸出，A9輸出始終是低電平。如此時(shí)工作臺(tái)要做正向進(jìn)給，正向指令脈沖Pc+出現(xiàn)，該脈沖經(jīng)A1、A2、A3、A4輸出，使可逆計(jì)數(shù)器A13做加法計(jì)數(shù)。4445可逆計(jì)數(shù)器的內(nèi)容由0變?yōu)檎龜?shù)，其輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換和放大后，使伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)正向移動(dòng)。工作臺(tái)移動(dòng)后，位置檢測(cè)元件測(cè)得代表工作臺(tái)位置的正向反饋脈沖Pf+，該脈沖經(jīng)A5、A6、A7、A8輸出，使可逆計(jì)數(shù)器A13做減法計(jì)數(shù)。此時(shí)，可逆計(jì)數(shù)器的內(nèi)容就是Pc+和Pf+的偏差值Pe。當(dāng)可逆計(jì)數(shù)器的內(nèi)容變?yōu)?時(shí)，說(shuō)明偏差值Pe=0，即工作臺(tái)的實(shí)際位置等于指令要求的位移，進(jìn)給過(guò)程結(jié)束。反向進(jìn)給時(shí)，反向指令脈沖PC-使可逆計(jì)數(shù)器做減法計(jì)數(shù)，反向反饋脈沖Pf-使可逆計(jì)數(shù)器做加法計(jì)數(shù)，其他過(guò)程和正向進(jìn)給相同。46但也有可能出現(xiàn)指令脈沖和反饋脈沖同時(shí)輸入的情況。如出現(xiàn)這種情況，為防止可逆計(jì)數(shù)器內(nèi)部操作因脈沖的“競(jìng)爭(zhēng)”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(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器之前，要進(jìn)行脈沖分離。如脈沖比較器輸入端同時(shí)出現(xiàn)指令脈沖和反饋脈沖，則A1、A5的輸出同時(shí)為0，使A9輸出為1，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器A10、A11有脈沖輸出。A10輸出的負(fù)脈沖同時(shí)封鎖A3和A7，使指令脈沖和反饋脈沖不能通過(guò)A3和A7而進(jìn)入可逆計(jì)數(shù)器。47A11的正脈沖輸出分成兩路，先經(jīng)A4輸出到可逆計(jì)數(shù)器做加法計(jì)數(shù)，再經(jīng)A12延時(shí)四個(gè)時(shí)針周期（由時(shí)鐘脈沖PC產(chǎn)生）通過(guò)A8輸出到可逆計(jì)數(shù)器做減法計(jì)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(shí)出現(xiàn)時(shí)，脈沖比較器進(jìn)行正常的脈沖信號(hào)比較。即使指令脈沖和反饋脈沖同時(shí)出現(xiàn)，也由硬件邏輯電路保證，先做加法計(jì)數(shù)，后做減法計(jì)數(shù)，保證了兩路的脈沖不會(huì)丟失。486.3.3相位比較伺服系統(tǒng)相位比較伺服系統(tǒng)的檢測(cè)元件可以是旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器或磁柵等。其特點(diǎn)是將位置指令脈沖和反饋脈沖都變成某個(gè)載波脈沖的相位，在鑒相器中進(jìn)行相位比較，得到實(shí)際相位與給定位置相位的相位差Δ。原理框圖如圖6-5所示。它主要由以下部分組成。4950（1）能輸出一系列具有一定頻率的脈沖信號(hào)，為伺服系統(tǒng)提供一個(gè)相位比較基準(zhǔn)的基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。（2）將來(lái)自計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)橄辔蛔兓盘?hào)的脈沖調(diào)相器。（3）檢測(cè)工作臺(tái)位移的位置檢測(cè)元件（感應(yīng)同步器）。（4）將控制信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行比較，輸出與相位差成正比電壓信號(hào)的鑒相器。（5）將鑒相器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行功率和電壓放大的伺服放大器。51（6）實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械位移轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件。根據(jù)感應(yīng)同步器工作在相位工作方式時(shí)有其中，。相位比較的實(shí)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(shí)現(xiàn)相位比較的比較器為鑒相器。由于旋轉(zhuǎn)變壓器，感應(yīng)同步器和磁柵等檢測(cè)信號(hào)為電壓模擬信號(hào)，同時(shí)這些裝置還有勵(lì)磁信號(hào)，故相位比較首先要解決信號(hào)處理問(wèn)題，即怎樣形成指令相位脈沖和實(shí)際相位脈沖。52脈沖—相位變換器又稱(chēng)脈沖調(diào)相器，作用有兩個(gè)：一是通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行分頻，產(chǎn)生基準(zhǔn)相位脈沖，由該脈沖形成的正、余弦勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電壓頻率與頻率相同，感應(yīng)電壓ud的相位隨著工作臺(tái)的移動(dòng)，相對(duì)于基準(zhǔn)相位有超前或滯后；二是通過(guò)對(duì)指令脈沖Pc+、PC-的加、減，再通過(guò)分頻產(chǎn)生相位超前或滯后于的指令相位脈沖。53由于指令相位脈沖的相位和實(shí)際相位脈沖的相位均以基準(zhǔn)相位脈沖的相位為基準(zhǔn)，因此，和通過(guò)鑒相器即能獲得超前，還是超前，或兩者相等。如(圖6-6)所示為Pc+=2時(shí)的相位比較波形圖。(1)當(dāng)無(wú)進(jìn)給指令時(shí)，即Pc+=0，工作臺(tái)靜止，指令脈沖的相位與基準(zhǔn)脈沖相位同相位，同時(shí)因工作臺(tái)靜止無(wú)反饋，故實(shí)際相位也與基準(zhǔn)脈沖相位同相位，經(jīng)鑒相器，則速度控制信號(hào)為零，伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，工作臺(tái)仍靜止，如圖6-6a所示。54(2)有正向進(jìn)給指令，Pc+=2，在指令獲得瞬時(shí)，工作臺(tái)仍靜止，此時(shí)，指令脈沖的相位超前基準(zhǔn)相位，但實(shí)際位置相位保持不變，經(jīng)鑒相器，速度控制信號(hào)大于零，伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)正向移動(dòng)，如圖6-6b所示。(3)隨著工作臺(tái)的正向移動(dòng)，有反饋信號(hào)產(chǎn)生，由此產(chǎn)生的實(shí)際相位超前基準(zhǔn)相位，但仍超前，經(jīng)鑒相器，速度控制信號(hào)仍大于零，伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)仍正向移動(dòng)，如圖6-6c所示。55圖6-6相位比較波形圖56圖6-6相位比較波形圖57(4)隨著工作臺(tái)的繼續(xù)正向移動(dòng)，實(shí)際相位超前基準(zhǔn)相位的數(shù)值增加，當(dāng)時(shí)，經(jīng)鑒相器，速度控制信號(hào)為零，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，工作臺(tái)停止在指令所要求的位置上，如圖6-6d所示。當(dāng)進(jìn)給為反向指令時(shí)，相位比較同正向進(jìn)給類(lèi)似。所不同的是指令脈沖相對(duì)于基準(zhǔn)脈沖為減脈沖，故指令相位相對(duì)于基準(zhǔn)相位滯后，同時(shí)，實(shí)際相位相對(duì)于基準(zhǔn)相位也為滯后，經(jīng)鑒相器比較后所得的速度指令信號(hào)為負(fù)，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)移動(dòng)至指令位置。58鑒相器的輸出信號(hào)通常為脈寬調(diào)制波，需經(jīng)低通濾波器去高次諧波，變換為平滑的電壓信號(hào)，作為速度控制信號(hào)，同時(shí)，鑒相器還必須對(duì)超前和滯后做出判別，使得速度控制信號(hào)Up在正向指令為正，在反向指令為負(fù)。至于一個(gè)脈沖相當(dāng)于多少相位增量，取決于脈沖—相位變換器中的分頻系數(shù)N和脈沖當(dāng)量。如感應(yīng)同步器一個(gè)節(jié)距τ=2mm（相當(dāng)360°電角度），脈沖當(dāng)量δ=0.001mm/脈沖，則相位增量為δ/τ×360°=0.001/2×360°=0.18°/脈沖，即一個(gè)脈沖相當(dāng)于0.18°的相位移，因此需要將一個(gè)節(jié)距分成2023等份，即分頻系數(shù)N=2023（0.18°×2023=360°）。在感應(yīng)同步器中，相位角與直線位移X成正比，當(dāng)采用旋轉(zhuǎn)變壓器時(shí)，相位角即為角位移本身。59脈沖調(diào)相器是將脈沖數(shù)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)相位的裝置。圖6-7為脈沖調(diào)相器的工作原理框圖，該系統(tǒng)分為基準(zhǔn)分頻通道和調(diào)相分頻通道兩部分。由基準(zhǔn)脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)f0分成兩路。一路輸入基準(zhǔn)分頻通道，通過(guò)分頻、分相和濾波電路得到兩相勵(lì)磁信號(hào)和，并經(jīng)功放后加于感應(yīng)同步器滑尺的sin繞組和cos繞組作為勵(lì)磁，它們與基準(zhǔn)信號(hào)有確定的相位關(guān)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(hào)。6061脈沖調(diào)相器的工作原理如下：回路中有標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器和X計(jì)數(shù)器，兩計(jì)數(shù)器的分頻數(shù)相同。在基準(zhǔn)脈沖信號(hào)觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器和X計(jì)數(shù)器之前，先向X計(jì)數(shù)器輸入一定數(shù)量的指令脈沖PC+。當(dāng)基準(zhǔn)脈沖信號(hào)觸發(fā)兩計(jì)數(shù)器后，兩計(jì)數(shù)器輸出的信號(hào)頻率相同，但相位卻不同。由于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器是N分頻，所以N個(gè)基準(zhǔn)脈沖會(huì)使標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器的輸出變化一個(gè)周期，即360°。X計(jì)數(shù)器輸入端同樣接收到N個(gè)基準(zhǔn)脈沖，但由于先前X計(jì)數(shù)器已接收了PC個(gè)正指令脈沖，實(shí)際上X計(jì)數(shù)器接收了N+PC個(gè)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(jì)數(shù)器的相位超前了標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器1，其波形如圖6-8所示。62實(shí)際工作中，輸入指令脈沖是在基準(zhǔn)脈沖觸發(fā)兩計(jì)數(shù)器的同時(shí)進(jìn)行的。若指令脈沖為PC+，則標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器在接收到N1＜N個(gè)基準(zhǔn)脈沖，即輸出還沒(méi)有到達(dá)一個(gè)周期時(shí)，X計(jì)數(shù)器已經(jīng)接收了N1+PC=N個(gè)脈沖，完成了一個(gè)周期。結(jié)果使X計(jì)數(shù)器的相位比較標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器超前了（1=PC+/N×360°），如圖6-8所示。636465利用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)器和X計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)量到相位的變換時(shí)，必須使基準(zhǔn)脈沖在向兩計(jì)數(shù)器輸入的過(guò)程中，能加入一定的指令脈沖。這個(gè)功能由脈沖加減器完成，如圖6-10所示。、是由基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器發(fā)出的在相位錯(cuò)開(kāi)180°的同頻率信號(hào)，是主頻率，經(jīng)與非門(mén)Ⅰ輸出，作為計(jì)數(shù)器的基準(zhǔn)脈沖。是指令脈沖的同步信號(hào)。當(dāng)沒(méi)有指令脈沖時(shí)，與非門(mén)Ⅰ開(kāi)，A脈沖由此通過(guò)。當(dāng)輸入一個(gè)PC－指令脈沖時(shí)，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(mén)Ⅰ，所以扣除了一個(gè)序列脈沖。當(dāng)輸入一個(gè)PC+指令脈沖時(shí)，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(shí)，Q4和B端均為1，與非門(mén)Ⅱ打開(kāi)，脈沖進(jìn)入最后的輸出端。由于、錯(cuò)相180°，所以使序列脈沖中插入一個(gè)序列脈沖。66圖6-10脈沖加減器（一）67圖6-10脈沖加減器（二）68為了將指令信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行相位比較，需要應(yīng)用鑒相器。圖6-11為半加器鑒相線路及波形圖，指令信號(hào)和位置信號(hào)分別經(jīng)觸發(fā)器進(jìn)入半加器。半加器輸出的邏輯函數(shù)為。式中為指令信號(hào)的二分之一分頻，為位置信號(hào)的二分之一分頻。若、信號(hào)相位相同，則或門(mén)兩輸入端同時(shí)為0，S=0。如信號(hào)超前信號(hào)△θ相位，A信號(hào)來(lái)到時(shí)，B信號(hào)還沒(méi)有出現(xiàn)。此時(shí)，=1，=0，上與門(mén)輸出為1，下與門(mén)輸出為0，或門(mén)輸出端S=1。69信號(hào)也出現(xiàn)時(shí)，=1，=1，使兩與門(mén)輸出均為0，或門(mén)輸出端S=0。由于信號(hào)相位超前，=0時(shí)，仍有=1，使上與門(mén)輸出為0，下與門(mén)輸出為1，或門(mén)輸出端又有S=1，直到和都為0，或門(mén)又為S=0。有關(guān)信號(hào)的波形圖見(jiàn)圖6-10。從圖中可以看出，S信號(hào)是一個(gè)周期的方波脈沖，它的波脈寬度與、兩信號(hào)的相位差△成正比?？梢酝ㄟ^(guò)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?！髟酱?，S端輸出方波的平均電壓越大。70信號(hào)是超前還是滯后信號(hào)，可借助于NE端來(lái)判斷。輸出端為NE的觸發(fā)器由下降沿觸發(fā)。當(dāng)接于端的信號(hào)超前于信號(hào)時(shí)，領(lǐng)先于從1變?yōu)?，觸發(fā)器由信號(hào)的下降沿觸發(fā)時(shí)，端的信號(hào)已為0，所以NE端也為0，如圖6-10b所示。當(dāng)接于端的信號(hào)滯后于信號(hào)時(shí)，領(lǐng)先從1變?yōu)?，觸發(fā)器由信號(hào)的下降沿觸發(fā)時(shí)，端的信號(hào)仍為1，所以NE端也為1。71726.3.4幅值比較伺服系統(tǒng)幅值比較伺服系統(tǒng)是以位置檢測(cè)信號(hào)的幅值變化來(lái)反映機(jī)械位移的大小，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)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是所有的位置檢測(cè)元件都工作在幅值工作方式。幅值比較伺服系統(tǒng)常用感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測(cè)元件。幅值比較伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的過(guò)程與相位比較伺服系統(tǒng)相類(lèi)似。73(1)幅值比較伺服系統(tǒng)的組成圖6-12是采用感應(yīng)同步器作為位置檢測(cè)元件的幅值比較控制系統(tǒng)。它主要由以下部分組成：74①完成指令脈沖與反饋脈沖比較的比較器。②將比較器輸出數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成伺服電動(dòng)機(jī)模擬控制信號(hào)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。③將模擬控制信號(hào)進(jìn)行功率和電壓放大的伺服放大器。④檢測(cè)工作臺(tái)位移的位置檢測(cè)元件。⑤為感應(yīng)同步器正、余弦繞組提供信號(hào)的勵(lì)磁電路。⑥將定尺的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉敌盘?hào)的鑒幅器。⑦將鑒幅器的直流電壓轉(zhuǎn)變成反饋脈沖的電壓－頻率變換器。⑧實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械位移轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件。75(2)幅值比較伺服系統(tǒng)的工作原理當(dāng)采用幅值工作方式時(shí)，感應(yīng)同步器滑尺正弦繞組和分別輸入頻率相同、幅值成正交關(guān)系的勵(lì)磁信號(hào)：式中——?jiǎng)?lì)磁信號(hào)的電壓幅值；——已知的電氣角，系統(tǒng)中可通過(guò)改變角的大小來(lái)控制滑尺勵(lì)磁信號(hào)的幅值；——正弦交變勵(lì)磁信號(hào)的角頻率。76當(dāng)正弦、余弦繞組的勵(lì)磁信號(hào)加入后，定尺繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：式中K——感應(yīng)系數(shù)；——定尺繞組與滑尺繞組的相對(duì)位移角；E0m——定尺繞組電動(dòng)勢(shì)幅值。77若，則定尺繞組電動(dòng)勢(shì)幅值E0m≠0。利用這個(gè)原理，要測(cè)量定尺與滑尺之間移動(dòng)的位移角，可改變勵(lì)磁信號(hào)角的設(shè)定值，然后，測(cè)量E0m的大小，當(dāng)設(shè)定值變化到使E0m=0，即時(shí)，就間接地通過(guò)設(shè)定值獲得了定尺和滑尺之間位移角的實(shí)際值。所以幅值比較伺服系統(tǒng)中，若要獲得和之間的關(guān)系，只需要檢測(cè)的電動(dòng)勢(shì)即可。這項(xiàng)工作由鑒幅器來(lái)完成。為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，電動(dòng)勢(shì)幅值需經(jīng)電壓－頻率變換電路，才能變成相應(yīng)的數(shù)字脈沖。該數(shù)字脈沖一方面與指令脈沖作比較以獲得位置偏差信號(hào)，另一方面作為修改勵(lì)磁信號(hào)中的設(shè)定輸入，使跟隨的變化。78幅值比較伺服系統(tǒng)具體的工作過(guò)程如下：初始狀態(tài)時(shí)工作臺(tái)靜止不動(dòng)，指令脈沖

，，經(jīng)鑒幅器檢測(cè)定尺繞組的電動(dòng)勢(shì)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偏差Pe=PC－Pf=0，伺服電動(dòng)機(jī)速度給定值為0，工作臺(tái)繼續(xù)處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)系統(tǒng)接收到正的指令脈沖PC＞0時(shí)，工作臺(tái)仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，和均沒(méi)有變化，反饋脈沖Pf仍為0。因此，比較器輸出的位置偏差Pe=PC－Pf＞0，該偏差是一數(shù)字量，所以在比較器和伺服放大器之間設(shè)有數(shù)－模轉(zhuǎn)換器，使其成為伺服系統(tǒng)的速度給定信號(hào)。79于是，伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)正向進(jìn)給，同步感應(yīng)器滑尺相對(duì)于定尺產(chǎn)生位移。此時(shí)定尺和滑尺間的位移角超前于勵(lì)磁信號(hào)的電氣角，定尺繞組電動(dòng)勢(shì)幅值E0m＞0，經(jīng)前置放大器、鑒幅器和電壓－頻率變換器，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)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=PC－Pf；另一方面輸入勵(lì)磁電路，作為修改勵(lì)磁信號(hào)電氣角的設(shè)定輸入，使跟隨變化。若仍有Pe=PC－Pf＞0，則工作臺(tái)還沒(méi)有指令要求的位置，伺服電動(dòng)機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，反饋脈沖Pf和勵(lì)磁信號(hào)電氣角繼續(xù)變化。直到使位置偏差Pe=PC－Pf=0，伺服電動(dòng)機(jī)速度給定值0。此時(shí)，=，定尺繞組電動(dòng)勢(shì)幅值E0m=0，工作臺(tái)又處于靜止?fàn)顟B(tài)。80若系統(tǒng)接收到負(fù)的指令脈沖，整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)、比較及控制過(guò)程與系統(tǒng)接收到正的指令脈沖類(lèi)似。只是工作臺(tái)向反向進(jìn)給，定尺與滑尺之間的位移角滯后于勵(lì)磁信號(hào)的電氣角，，使跟隨變化，直到到達(dá)負(fù)向指令要求的位置，工作臺(tái)又處于靜止?fàn)顟B(tài)。從上可以看出，在幅值比較伺服系統(tǒng)中，勵(lì)磁信號(hào)的電氣角是由系統(tǒng)設(shè)定的，并跟隨工作臺(tái)的進(jìn)給而被動(dòng)變化的，所以可以利用作為工作臺(tái)實(shí)際位置的測(cè)量值。當(dāng)工作臺(tái)到達(dá)進(jìn)給指令要求的位置并穩(wěn)定后，有，數(shù)顯裝置顯示的電氣角，實(shí)際上就是的位移角，即工作臺(tái)的位移量。812.鑒幅器82圖6-13為鑒幅器原理圖。輸入端的e0是感應(yīng)同步器定尺繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由式e0=E0msinωt可知，e0是交變電動(dòng)勢(shì)。該信號(hào)首先通過(guò)低通濾波器Ⅰ，濾去交變信號(hào)中的高次諧波和干擾信號(hào)，獲得較為理想的正弦波形。通過(guò)運(yùn)算放大器將信號(hào)放大。然后，由互為反向的開(kāi)關(guān)信號(hào)SL和實(shí)現(xiàn)通道的通斷控制，其開(kāi)關(guān)頻率與輸入信號(hào)相同。由圖5-14a可見(jiàn)，在e0信號(hào)的0～π區(qū)間，SL=1，使S1接通，e0信號(hào)經(jīng)、S1，到達(dá)低通濾波器Ⅱ的輸入端UE；e0信號(hào)的π～2π區(qū)間，=1，使S1接通，e0信號(hào)經(jīng)A1、反向器A2、S2，到達(dá)低通濾波器Ⅱ的輸入端UE。83工作臺(tái)做正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于反向器A2的作用，使e0負(fù)半周也變成正半周信號(hào)。這樣在UE處得到了一單向脈動(dòng)的直流信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)低通濾波器Ⅱ后，鑒幅器輸出信號(hào)為一平滑的直流信號(hào)UF。從圖中可見(jiàn)，由于UF是UE的平均值，它的大小與e0信號(hào)的電動(dòng)勢(shì)幅值E0m直接有關(guān)。E0m增大，UF也跟著增大，所以的大小實(shí)際上反映了θ和之間相位差的大小。UF越大，θ和之間相位差越大。另外，從圖6-14中可以看出，站柜臺(tái)正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，輸出端UF為正值；工作臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，輸出端UF為負(fù)值。84853.電壓－頻率變換器電壓－頻率變換器的作用是將鑒幅器輸出的電壓UF變換成相應(yīng)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成為UF的絕對(duì)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(zhuǎn)換成相應(yīng)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(guān)系。86感應(yīng)同步器滑尺繞組的勵(lì)磁可采用模擬量勵(lì)磁式和脈沖調(diào)寬式。由于模擬量勵(lì)磁方式易受外界干擾而影響精度，所以比較多地采用脈沖調(diào)寬式勵(lì)磁方式。脈沖寬度調(diào)制實(shí)際上是用控制矩形波脈寬的方法來(lái)等效地實(shí)現(xiàn)正弦波勵(lì)磁，其波形如圖5-14b所示。若滑尺上的兩勵(lì)磁繞組加以矩形波勵(lì)磁信號(hào)。則兩勵(lì)磁繞組信號(hào)U1和U2為：87式中A——矩形波的幅值——正弦波勵(lì)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π－2。如用傅立葉級(jí)數(shù)對(duì)U1和U2進(jìn)行展開(kāi)，并消去高次諧波，則U1和U2信號(hào)的基波分量為：88可以看出，設(shè)法消除高次諧波的影響后，用脈寬調(diào)制的矩形波勵(lì)磁與正弦波勵(lì)磁在幅值工作方式下工作的功能完全相當(dāng)。因此，可將對(duì)電氣角的控制轉(zhuǎn)變對(duì)脈沖寬度的控制。在數(shù)字電路中，對(duì)脈沖寬度的控制比較準(zhǔn)確和容易實(shí)現(xiàn)。圖6-15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(gè)分頻系數(shù)相同的分頻器用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字移相，計(jì)數(shù)觸發(fā)脈沖和的頻率是在時(shí)鐘脈沖的基礎(chǔ)上，按位置反饋脈沖Pf和電壓－頻率變換器輸出信號(hào)US的狀態(tài)進(jìn)行加減的。每個(gè)分頻器有兩路相差90°的電角度的溢出脈沖輸出，通過(guò)組合邏輯進(jìn)行調(diào)寬脈沖的波形合成。8990當(dāng)無(wú)實(shí)際值脈沖時(shí)，時(shí)鐘脈沖CP直接加于分頻器，分頻結(jié)果輸出為參考信號(hào)。此時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁信號(hào)為sin0°和cos0°。當(dāng)工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，滑尺和定尺有位置偏差，產(chǎn)生反饋脈沖Pf。根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)Ux，使兩分頻器中一個(gè)做加，一個(gè)做減，于是產(chǎn)生向前移相信號(hào)A和向后移相信號(hào)B。經(jīng)過(guò)組合邏輯門(mén)，產(chǎn)生信號(hào)sin1和sin2、cos1和cos2。再經(jīng)輸出門(mén)將這些信號(hào)合成，產(chǎn)生調(diào)制波U1和U2。加于滑尺的相應(yīng)繞組上。91機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過(guò)程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)別的語(yǔ)言記錄在程序單上的全過(guò)程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對(duì)程序經(jīng)過(guò)處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。數(shù)控編程的目的機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過(guò)程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫(xiě)零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對(duì)程序及首件試加工。數(shù)控編程的內(nèi)容機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控