閉環(huán)伺服系統(tǒng)教案

20年月日第周課題第六章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)第四節(jié)閉環(huán)伺服系統(tǒng)授課時(shí)數(shù)講課2課時(shí)教學(xué)目的知識(shí)目的：閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件及其調(diào)速，鑒相式伺服系統(tǒng)工作原理，鑒幅式伺服系統(tǒng)工作原理，數(shù)字脈沖比較式伺服系統(tǒng)工作原理。能力目的：理解閉環(huán)伺服系統(tǒng)的裝置及其系統(tǒng)，掌握常用的位置檢測(cè)裝置原理德育目的：使學(xué)生掌握數(shù)控伺服系統(tǒng)的基本理論體系、措施和應(yīng)用工具；具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)的使用數(shù)控設(shè)備的能力；提高分析問(wèn)題和動(dòng)手動(dòng)腦的綜合能力；為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程和未來(lái)從事數(shù)控技術(shù)方面的工程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)打好必要的基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件的調(diào)速原理教學(xué)難點(diǎn)鑒相式、鑒幅式、數(shù)字脈沖比較式伺服系統(tǒng)的工作原理教具多媒體數(shù)控機(jī)床虛擬仿真軟件（伺服接線部分）教學(xué)措施情境教學(xué)法、案例分析、仿真演示法、小組討論法等措施教學(xué)進(jìn)程及內(nèi)容說(shuō)明課題引入：前面課程中我們已經(jīng)掌握了開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)裝置的內(nèi)容；而我們目前所要學(xué)的第四節(jié)內(nèi)容就是要用開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)與檢測(cè)反饋裝置構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)是怎樣構(gòu)成的？又是怎樣實(shí)現(xiàn)工作規(guī)定的？接下來(lái)我們這一課題要處理這個(gè)問(wèn)題是閉環(huán)伺服系統(tǒng)。新內(nèi)容講解：第四節(jié)閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件1、對(duì)執(zhí)行元件的規(guī)定：1調(diào)速范圍寬，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，輸出的運(yùn)動(dòng)有良好的穩(wěn)定性。2負(fù)載特性硬當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，輸出速度基本不變。有足夠的過(guò)載能力。3動(dòng)態(tài)響應(yīng)快在0.2秒內(nèi)到達(dá)穩(wěn)態(tài)精度。規(guī)定靜態(tài)、動(dòng)態(tài)誤差小，反向死區(qū)小。4能頻繁啟、停及換向。2、直流伺服電動(dòng)機(jī)1小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小；2）氣隙較大，換向性好；3）轉(zhuǎn)子上無(wú)槽——電感小，時(shí)間常數(shù)小，動(dòng)態(tài)特性好，響應(yīng)快，低速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定而均勻；4）過(guò)載能力強(qiáng)；5）過(guò)載持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)。2寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)1）高轉(zhuǎn)距；2）調(diào)速范圍寬；3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；4）過(guò)載能力強(qiáng)；5）易調(diào)試。3直流調(diào)速的三種措施1）變化電樞電壓調(diào)速度范圍寬，但需調(diào)壓設(shè)備。2）變化Rj變化磁通量變化Ke變化n3）變化Rt轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，電阻功耗大。4直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)速原理直流電機(jī)的調(diào)速措施重要是調(diào)整電樞電壓；脈寬調(diào)制變換器，它運(yùn)用電力半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成較高頻率的方波電壓加在直流電動(dòng)機(jī)的電樞上，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，變化加在電樞上的平均電壓，從而調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。5直流速度控制調(diào)速系統(tǒng)SCR-M可控硅整流器-直流電機(jī)；特點(diǎn)是深調(diào)時(shí)，電流波形差，工作狀況惡化限制了調(diào)速范圍的提高。PWM-M法晶體管脈寬調(diào)制器-直流電機(jī)具有響應(yīng)快，效率高，噪聲小，簡(jiǎn)樸可靠的特點(diǎn)。3、交流伺服電動(dòng)機(jī)1交流調(diào)速的特點(diǎn)1）容量范圍大，可到達(dá)更高的電壓和轉(zhuǎn)速；2）同體積，輸出功率>直流電機(jī)10%--70%；3）維護(hù)簡(jiǎn)樸，結(jié)實(shí)耐用；4）調(diào)速精度高，完全和直流調(diào)速效果同樣；5）構(gòu)造簡(jiǎn)樸，成本底，無(wú)電刷和換向器磨損。2交流調(diào)速措施交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速n調(diào)速的理論基礎(chǔ)異步電動(dòng)機(jī)S0定子反電勢(shì)為：略去定子阻抗壓降，則端電壓：端電壓不變則轉(zhuǎn)矩為：3脈沖寬度調(diào)制PWM交流伺服電機(jī)重要采用變頻調(diào)速；長(zhǎng)處：簡(jiǎn)化主回路和控制回路，僅有一種可控功率級(jí)，輸出電壓、電流的波形近似于正弦，電機(jī)運(yùn)行性能得以改善。缺陷：在低速時(shí)，高次諧波的影響較大，電機(jī)噪聲大；規(guī)定采用迅速性能的開(kāi)關(guān)元件。圖1變頻調(diào)速電路原理框圖PWM逆變器電壓型變頻器工作原理結(jié)論：變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)壓的關(guān)鍵是逆變器控制端獲得規(guī)定的控制波形（如SPWM波）。4、矢量控制及直線電動(dòng)機(jī)內(nèi)容由學(xué)生自學(xué)二、鑒相式伺服系統(tǒng)1.鑒相式伺服系統(tǒng)的工作原理鑒相式伺服系統(tǒng)圖1）鑒相式伺服系統(tǒng)的構(gòu)成基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出：一定頻率的脈沖信號(hào)作用：為伺服系統(tǒng)提供相位比較基準(zhǔn)檢測(cè)元件及信號(hào)處理線路作用：檢測(cè)工作臺(tái)的位移，體現(xiàn)成與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差。措施：將基準(zhǔn)信號(hào)作為激磁信號(hào)，輸出感應(yīng)電壓，它與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差恰好反應(yīng)工作臺(tái)的位移量。直流放大器鑒相器的輸出信號(hào)一般比較弱，不能直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，需進(jìn)行電壓和功率放大。采用橋式電路2）鑒相式伺服系統(tǒng)的工作過(guò)程1一定數(shù)量頻率方向的指令脈沖被送入鑒相式伺服系統(tǒng)，在脈沖調(diào)相器中，調(diào)制成相對(duì)于基準(zhǔn)信號(hào)的相位差，送入鑒相器。2在工作臺(tái)進(jìn)給前，反饋信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差θ=0，也送入鑒相器。3在鑒相器中，兩信號(hào)相比較，得出了兩者之間的相位差ψ-θ（跟隨誤差）4將跟隨誤差放大后送入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)5工作臺(tái)移動(dòng)后，變化了反饋信號(hào)，變化了θ，再次送入鑒相器比較。若ψ=θ，闡明實(shí)際位移等于指令位移，這時(shí)也就不再需要移動(dòng)工作臺(tái)；若ψ≠θ，繼續(xù)移動(dòng)工作臺(tái)，直至ψ=θ系統(tǒng)平衡，工作臺(tái)不動(dòng)。6在指令脈沖頻率高時(shí)，跟隨誤差就大，放大后輸給直流電機(jī)的電壓高，使轉(zhuǎn)速加緊。輸入反相脈沖時(shí)，指令信號(hào)相位差落后于檢測(cè)信號(hào)相位差…3）鑒相式伺服系統(tǒng)的重要控制線路1脈沖調(diào)相器的構(gòu)成及工作原理2鑒相器的構(gòu)成及工作原理三、鑒幅式伺服系統(tǒng)1鑒幅式伺服系統(tǒng)的工作原理及控制線路2鑒幅式伺服系統(tǒng)的工作方式四、數(shù)字脈沖比較式伺服系統(tǒng)1數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的構(gòu)成工作過(guò)程：a.根據(jù)偏差進(jìn)行控制b.數(shù)字脈沖數(shù)碼c.直接用可逆計(jì)數(shù)器d.數(shù)碼數(shù)字脈2數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的重要功能部件1）功能部件A．?dāng)?shù)字脈沖-數(shù)碼轉(zhuǎn)換器B．比較器數(shù)碼轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖線路圖作業(yè)布置：6-116-12教學(xué)反思：本課的知