數控技術及應用課件：伺服系統(tǒng) -

1數控技術及應用2數控機床伺服系統(tǒng)7.1

步進電機及其驅動控制7.37.4直流伺服電機及其速度控制

7.5直線電動機傳動7.6位置控制概述

7.2交流伺服電機及其速度控制3本章概要提要本章主要介紹伺服系統(tǒng)的概念及分類、步進電機、交流伺服電機、直線電機的結構、工作原理及分類；位置控制的概念及工作原理。重點：步進電機、交流伺服電機、直線電機的結構、工作原理及分類。難點：伺服系統(tǒng)的概念、分類，位置控制的概念及工作原理。4本章概要掌握程度掌握數控機床和數控技術的基本概念掌握步進電機、交流伺服電機、直線電機的結構、工作原理及分類了解位置控制的概念及工作原理5★本節(jié)提示伺服系統(tǒng)是根據輸入信號的變化而進行相應的動作，以獲得精確的位置、速度或力的自動控制系統(tǒng)。數控機床的伺服系統(tǒng)是數控裝置與機床本體間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，接收來自數控裝置輸出的進給脈沖指令，經過一定的信號變換及功率放大后，驅動機床執(zhí)行元件，實現(xiàn)機床移動部件相應移動的控制系統(tǒng)。

7.1概述6伺服系統(tǒng)SV(servodrive)是根據輸入信號的變化而進行相應的動作，以獲得精確的位置、速度或力的自動控制系統(tǒng)，又稱位置隨動系統(tǒng)。7.1概述7.1.1伺服系統(tǒng)的概念一般伺服系統(tǒng)的結構組成如圖7.1所示。圖7.1伺服系統(tǒng)的組成圖7由比較元件、調節(jié)元件、執(zhí)行元件、受控對象和測量、反饋元件組成。輸入的指令信號與反饋信號通過比較元件將進行比較，得到控制系統(tǒng)動作的偏差信號；偏差信號經調節(jié)元件變換、放大后，控制執(zhí)行元件按要求產生動作；執(zhí)行元件將輸入的能量轉換成機械能，驅動被控對象工作；測量反饋元件用于實時檢測被控對象的輸出量并將其反饋到比較元件。

7.1概述8

“伺服(servo)”表示“伺侯服務”的意思。是按照數控系統(tǒng)的指令，使機床各坐標軸按數控指令運動，加工出合格零件。是把數控信息轉化為機床進給運動的執(zhí)行機構。數控機床集中了傳統(tǒng)的各種機床的優(yōu)點，數控機床技術水平的提高首先依賴于進給和主軸驅動特性的改進以及功能的擴大，為此數控機床對進給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機、機械傳動等方而都提出很高的要求。。7.1.2數控機床對伺服系統(tǒng)的要求7.1概述9數控機床對伺服系統(tǒng)的要求總體上可概括為以下幾方面；

1．可逆運行2.調速范圍寬：1：240003．具有的速度穩(wěn)定性4.快速響應并無超調5.高精度：0．01um～0.005um6．低速大轉矩

7.1概述107.1.3伺服系統(tǒng)的分類

1.按伺服系統(tǒng)控制方式可分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)三類。7.1概述（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)圖7.2為開環(huán)伺服系統(tǒng)結構原理圖117.1概述7.1.3伺服系統(tǒng)的分類

（2）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)

圖7.3半閉環(huán)伺服系統(tǒng)結構原理圖127.1概述7.1.3伺服系統(tǒng)的分類（3）全閉環(huán)伺服系統(tǒng)☆現(xiàn)代化管理:

生產自動化圖7.4全閉環(huán)伺服系統(tǒng)結構原理圖

137.1概述7.1.3伺服系統(tǒng)的分類1.按用途和功能分為進給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)兩類

2.按伺服電機類型分直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、直線電動機伺服三類3.按驅動裝置類型分為電液伺服驅動系統(tǒng)和電氣伺服驅動系統(tǒng)兩類。4.按反饋比較控制方式分相位伺服系統(tǒng)和幅值伺服系統(tǒng)類147.1.4伺服系統(tǒng)的發(fā)展7.1概述1959年，日本富士通FANUC公司開發(fā)研制了電液脈沖馬達

20世紀50年代，伺服機構開始用于數控機床；

日本安川電機廠于1963年研制成功一種無槽小直徑轉子新型直流電動機1969年，大慣量直流伺服電機問世。

通用電氣公司1983年研制成功采用籠型異步交流伺服電機的交流伺服系統(tǒng)

日本安川公司1963年研制成功一種采用無槽小直徑轉子的新型直流電動機15步進電動機是一種將電脈信號轉換為相應角位移或直線位移的轉換裝置，因為其輸入的進給脈沖是不連續(xù)變化的數字量，而輸出的角位移或直線位移是連續(xù)變化的模擬量，所以步進電機也稱為數模轉換裝置。7.2步進電機及其驅動控制步進電機由定子、轉子和繞組組成7.2.1步進電機組成及其工作原理1.步進電機的組成、工作原理及工作方式16三相反應式步進電機結構如圖7.5所示圖7.5三相反應式步進電機結構圖7.2步進電機及其驅動控制17（2）步進電機的工作原理

圖7.6是最常用的反應式步進電機工作原理圖7.2步進電機及其驅動控制18(3).步進電機的工作方式從—相通電換接到另一相通電稱為一拍，每拍轉子轉動一個步距角，如上述的步進電機，三相勵磁繞組依次單獨通電運行、換接三次完成一個通電循環(huán)，稱為三相單三拍通電方式，步距角是30。單是指每次只有一相繞組通電，“三拍”是指經過三次換接為一個循環(huán)，即A、B、C三拍。由于每次只有一相繞組通電，在切換瞬間將失去自鎖轉矩，容易失步，另外，只有—相繞組通電，易在平衡位置附近產生振蕩，穩(wěn)定性較差，故實際應用中很少采用單拍工作方式。而采用三相雙三拍通電方式，即通電順序按AB→BC→CA→AB→…(逆時針方向)或AC→CB→BA→AC→…(順時針為向)的順序通電，換接三次完成一個通電循環(huán)。

7.2步進電機及其驅動控制197.2步進電機及其驅動控制

2.步進電機的特點（1）步進電機受脈沖控制，步進電機定子繞組通電狀態(tài)每改變一次，轉子便轉過一個步距角，轉子角位移和轉速嚴格與輸入脈沖的數量和頻率成正比，通電狀態(tài)變化頻率越高，轉子轉速越高。。（2）改變步進電機定子繞組通電順序，可以改變轉子旋轉方向。（3）步進電機有一定步矩精度，沒有累積誤差。（4）當停止輸入脈沖時，只要控制繞組的電流不變，步進電機可保持在固定的位置，不需要機械制動裝置。（5）步進電機的受脈沖頻率的限制，調速范圍小。207.2步進電機及其驅動控制7.2.2步進電機的特性及選擇1.步進電動機的主要性能指標（1）步距角

步距角是指步進電動機每改變一次通電狀態(tài)，轉子轉過的角度。它反映步進電動機的分辨能力，步距角與步進電動機的相數、通電方式及電動機轉子齒數的關系如下:

（7-1）a一步進電動機的步距角

m一電動機相數；

z--轉子齒數，

k一—系數，相鄰兩次通電相數相同時k=1；相鄰兩次通電相數不同．k＝2。217.2步進電機及其驅動控制7.2.2步進電機的特性及選擇（2）靜態(tài)矩角特性當步進電動機保持通電狀態(tài)不變時稱為靜態(tài)，如果此時在電動機軸上外加一個負載轉矩，轉子會偏離平衡位置向負載轉矩方向轉過一個角度，稱為失調角。此時步進電動機所受的電磁轉矩稱為靜態(tài)轉矩，這時靜態(tài)轉矩等于負載轉矩。靜態(tài)轉矩與失調角之間的關系叫矩角特性，如圖7.8所圖7.8單相通電時的矩角特性示,該矩角特性上的靜態(tài)轉矩最大值稱為最大靜轉矩，在靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)內，當外加負載轉矩除去時，轉于在電磁轉矩作用下，仍能回到穩(wěn)定平衡點位置。22（3）空載啟動頻率步進電動機在空載情況下，不失步啟動所能允許的最高頻率稱為空載啟動頻率，又稱為啟動頻率或突跳頻率。步進電動機在啟動時，既要克服負載力矩，又要克服慣性力矩，加給步進電動機的指令脈沖頻率如大于啟動頻率，就不能正常工作，所以啟動頻率不能太高。步進電動機在帶負載(慣性負載)情況下的啟動頻率比空載要低。而且，隨著負載加大(在允許范圍內)．啟動頻率會進一步降低。（4）連續(xù)運行頻率步進電動機啟動后，其運行速度能根據指令脈沖頻率連續(xù)上升麗不丟步的最高工作頻率，稱為連續(xù)運行頻率，其值遠大于啟動頻率．它也隨著電動機所帶負載的性質、大小而異，與驅動電源也有很大的關系。7.2步進電機及其驅動控制7.2.2步進電機的特性及選擇23（5）運行矩頻特性矩頻特性是描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時，輸出轉矩與運行頻率之間的關系。圖7.9所示曲線稱為步進電機的矩頻特性曲線，由圖可知，當步進電機正常運行時，電機所能帶動的負載轉矩會隨輸入脈沖頻率的增加而逐漸下降。

7.2步進電機及其驅動控制7.2.2步進電機的特性及選擇圖7.9步進電機矩頻特性曲線24（6）加減速特性步進電機的加減速特性是描述步進電機由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關系，如圖7.10所示。當要求步進電機由啟動到大于突跳頻率的工作頻率時，變化速度必須逐漸上升；反之，變化速度必須逐漸下降。上升和下降的時間不能過小，否則易產生失步現(xiàn)象。.7.2步進電機及其驅動控制7.2.2步進電機的特性及選擇圖7.10加減速特性25

2.步進電機的選擇

（1）考慮系統(tǒng)精度和速度的要求。脈沖當量越小，系統(tǒng)的精度越高，但運行速度越低，選擇時應兼顧精度和速度的要求來確定脈沖當量，再根據脈沖當量來選擇步進電機的步距角和傳動機構的傳動比

（2）考慮啟動矩頻特性曲線和工作矩頻特性曲線。啟動矩頻特性曲線指反映啟動頻率與負載轉矩之間的關系；工作矩頻特性曲線反映轉矩與連續(xù)運行頻率之間的關系。已知負載轉矩時，可以在啟動矩頻特性曲線查啟動頻率，在實際中，只要啟動頻率小于或等于該值，電機就能直接帶負載啟動。7.2步進電機及其驅動控制7.2.2步進電機的特性及選擇26

7.2.3步進電機的控制線路步進電機的控制線路框圖如圖7.10所示。圖7.10步進電機的控制線路框圖7.2步進電機及其驅動控制271.脈沖混合電路脈沖混合電路用來將來自于數控系統(tǒng)的插補信號、各種類型的誤差補償信號、手動進給信號及手動回原點信號等信號混合為使工作臺正向進給的“正向進給”信號或使工作臺反向進給的“反向進給”信號。2.加減脈沖分配電路主要是將從正在進給方向的進給脈沖指令中抵消相同數量的反向補償脈沖，這也正是加減脈沖分配電路的功能。7.2步進電機及其驅動控制283.加減速電路又稱自動升降速電路。將躍變頻率進行緩沖，使之變成符合步進電動機加減速特性的脈沖頻率，然后再送人步進電動機的定子繞組。4.環(huán)形分配器環(huán)形分配器是把來自于加減速電路的一系列進給脈沖指令轉換成控制步進電動機定子繞組通、斷電的電平信號，電平信號狀態(tài)的改變次數及順序與進給脈沖的數量及方向相對應。7.2步進電機及其驅動控制29環(huán)形分配器有硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器兩種形式。硬件環(huán)形分配器是由觸發(fā)器和門電路構成的硬件邏輯線路。現(xiàn)在市場上已經有集成度高、抗干擾性強的PMOS和CMOS環(huán)形分配器芯片供選用，也可以用計算機軟件實現(xiàn)脈沖序列分配的軟件環(huán)形分配器。5.功率放大器功率放大器又稱功率驅動器或功率放大電路。從環(huán)形分配器來的進給控制信號的電流只有幾毫安，而步進電動機的定子繞組需要幾安培電流，因此，需要功率放大器將來自環(huán)形分配器的脈沖電流放大到足以驅動步進電動機旋轉。7.2步進電機及其驅動控制307.3直流伺服電機及其速度控制

7.3.1直流伺服電機及工作特性1.直流伺服電動機的工作原理圖7.11(a)為直流電動機的簡化結構，7.11(b)為電路原理如圖。圖7.1131

2直流伺服電機的類型（1）按電柜的結構與形狀可分為平滑電樞型、空心電樞型和有槽電樞型等；按轉子轉動慣量的大小可分為大慣量、中慣量和小慣量直流伺服電動機；按定子磁場產生的方式可分為永磁式和他勵式；

(2)寬調速直流伺服電動機又稱大慣量直流伺服電動機，是通過提高輸出力矩來提高力矩／慣量比的，其結構如圖7.12所示；7.3直流伺服電機及其速度控制

32圖7.12寬調速直流伺服電動機結構簡圖1—轉子2—定子3—電刷4—測速電機5—換向器7.3直流伺服電機及其速度控制

33大慣量直流飼服電動機的機械特性如圖7.13所示圖7.13大慣量直流飼服電動機的機械特性7.3直流伺服電機及其速度控制

343直流伺服電機的工作特性(1)直流伺服電動機的靜態(tài)特性。直流伺服電動機的靜態(tài)特性是指電動機在穩(wěn)態(tài)情況下工作時，其轉子轉速、電磁力矩和電樞控制電壓三者之間的關系。采用電樞電壓控制時的電樞等效電路如圖7.14所示：圖7.14直流伺服電動機的電樞等效電路如圖7.3直流伺服電機及其速度控制

35直流伺服電動機的機械特性曲線和調節(jié)特性曲線，如圖7.15所示。（a）機械特性曲線（b）調節(jié)特性曲線圖7.15直流伺服電動機的特性曲線7.3直流伺服電機及其速度控制

36(2)直流伺服電動機的動態(tài)特性。直流伺服電動機的動態(tài)特性是指當給電動機電樞加上階躍電壓時，轉子轉速隨時間的變化規(guī)律，其本質是由對輸入信號響應的過渡過程的描述。直流伺服電動機產生過渡過程的原因在于電動機中存在有機械慣性和電磁慣性兩種慣性。機械慣性是由直流伺服電動機和負載的轉動慣量引起的，是造成機械過渡過程的原因；電磁慣量是由電樞回路中的電感引起的，是造成電磁過渡過程的原因。一般而言，電磁過渡過程比機械過渡過程要短得多。在直流伺服電動機動態(tài)特性分析中，可忽略電磁過渡過程，而把直流伺服電動機簡化為一機械慣性環(huán)節(jié)。7.3直流伺服電機及其速度控制

377.3.2直流伺服電機的速度控制方法調節(jié)直流電動機的轉速有三種方法：①改變電樞電壓即當電樞電阻、磁通量都不變時，通過附加的調壓設備調節(jié)電樞電壓。一般都將電樞的額定電壓向下調低，是進給驅動的直流伺服電動機常采用這種方法進行調速。②改變磁通量調節(jié)激滋回路的電阻，見圖7-11(b)，使激磁回路電流減小，磁通量也減小，使電動機的轉速由額定轉速向上調高。這種方法調速的快速性變差，但速度調節(jié)容易控制，常用于數控機床主傳動的直流伺服電動機調速。③在電樞回路中串聯(lián)調節(jié)電阻這種方法電阻上的損耗大，且轉速只能調低，故不經濟。7.3直流伺服電機及其速度控制

382.晶閘管調速系統(tǒng)的基本原理圖7．16為晶閘管直流調速系統(tǒng)。該系統(tǒng)由內環(huán)—電流環(huán)、外環(huán)—速度環(huán)和晶閘管整流放大器等組成。圖7.16晶閘管直流調速速度單元結構圖7.3直流伺服電機及其速度控制

39晶閘管(SCR)速度單元分為控制回路和主回路兩部分?？刂苹芈樊a生觸發(fā)脈沖，該脈沖的相位即觸發(fā)角，作為整流器進行整流的控制信號。主回路為功率級的整流器，將電網交流電變?yōu)橹绷麟姡幌喈斢趯⒖刂苹芈沸盘柕墓β史糯?。得到較高電壓與放大電流以驅動電動機。這樣就將程序段中的F值一步步變成了伺服電機的電壓，完成調速任務。7.3直流伺服電機及其速度控制

403.晶體管脈寬調速系統(tǒng)的基本原理(1).晶體管脈寬調制調速系統(tǒng)與晶閘管相比，晶體管控制簡單，開關特性好。克服了晶閘管調速系統(tǒng)的波形脈動，特別是輕載低速調速特性差的問題。

1)晶體管脈寬調制(PwM)系統(tǒng)的組成及特點圖7．17為脈寬調制系統(tǒng)組成原理圖，該系統(tǒng)由控制回路和主回路構成?？刂撇糠职ㄋ俣日{節(jié)器、電流調節(jié)器、固定頻率振蕩器及三角波發(fā)生器、脈沖寬度調制器和基極驅動電路等；主回路包括晶體管開關式放大器和功率整流器等。7.3直流伺服電機及其速度控制

41圖7.17脈寬調制系統(tǒng)組成原理圖7.3直流伺服電機及其速度控制

427.4交流伺服電機及其速度控制

7.4.1交流伺服電機的分類及特點交流伺服電動機通常分為交流同步伺服電動機和交流異步伺服電動機兩大類。交流同步伺服電動機的轉速是由供電頻率所決定的．即在電源電壓和頻率不變時．它的轉速是穩(wěn)定不變的。交流異步伺服電動機也稱交流感應伺服電動機，它的結構簡單，重量輕，價格便宜。它的缺點是其轉速受負載的變化影響較大，所以一般不用于進給運動系統(tǒng)437.4.2交流伺服電機的結構及工作原理1.交流伺服電動機的結構數控機床用于進給驅動的交流伺服電動機大多采用三相交流永磁同步電動機。永磁交流同步伺服電動機的結構如圖7.19和7.20所示，由定子、轉子和檢測元件三部分組成。電樞在定子上，定子具有齒槽，內有三相交流繞組，形狀與普通交流感應電動機的定子相同。電動機外形呈多邊形，且無外殼。轉子由多塊永磁鐵和沖片組成，磁場波形為正弦波。7.4交流伺服電機及其速度控制

44圖7.19三相交流永磁同步7.20永磁交流同步伺服電動機的橫剖面圖電動機的結構圖

1-定子2-永久磁鐵；1-定子;2-轉子;3-轉子永久

3-軸向通氣孔；4-轉軸

磁鐵;4-定子繞組;5-檢測元件;6-接線盒

7.4交流伺服電機及其速度控制

452永磁交流同步伺服電動機工作原理如圖7.21所示，永磁式交流同步電動機由定子、轉子和檢測元件三部分組成，其工作過程是當定子三相繞組通上交流電后，就產生一個旋轉磁場，這個旋轉磁場以同步轉速旋轉。根據磁極的同性相斥、異性相吸的原理，定子旋轉磁場與轉子永久磁場磁極相互吸引，并帶動轉子一起旋轉，圖7.21交流永磁同步電動機的工作原理

7.4交流伺服電機及其速度控制

46(2)交流永磁同步電動機的性能如圖7.22所示為永磁式交流同步伺服電動機的轉矩一速度特性曲線。曲線分為連續(xù)工作區(qū)和斷續(xù)工作區(qū)兩部分。在連續(xù)工作區(qū)，速度和轉矩的任何組合，都可連續(xù)工作。但連續(xù)工作區(qū)的劃分受到一定條件的限制，劃定條件有兩個:一是供給電動機的電流是理想的正弦波;二是電動機工作在某一特定溫度下。在斷續(xù)工作區(qū)，電動機可間斷運行,斷續(xù)工作區(qū)比較大時，有利于提高電動機的加、減速能力。永磁式交流同步電動機的缺點是啟動難。這是由于轉子本身的慣量、定子與轉子之間的轉速差過大，使轉子在啟動時所受的電磁轉矩的平均值為零所致，因此電動機難以啟動。解決的辦法是在設計時設法減小電動機的轉動慣量，或在速度控制單元中采取先低速后高速的控制方法7.4交流伺服電機及其速度控制

47圖7.22交流永磁同步電動機的機械特性曲線和異步電動機相比，同步電動機轉子有磁極，在很低的頻率下也能運行，因此，在相同的條件下，同步電動機的調速范圍比異步電動機要寬。同時，同步電動機比異步電動機對轉矩擾動具有更強的承受力．能作出更快的響應。7.4交流伺服電機及其速度控制

483.交流主軸電動機交流主軸電動機是基于感應電動機的結構而專門設計的。通常為增加輸出功率、縮小電動機體積，采用定子鐵芯在空氣中直接冷卻的方法，沒有機殼，且在定子鐵芯上做有通風孔。因此電動機外形多呈多邊形而不是常見的圓形。在電動機軸尾部安裝檢測用的碼盤。交流主軸電動機與普通感應式伺服電動機的工作原理相同。在電動機定子的三相繞組通以三相交流電時，就會產生旋轉磁場，這個磁場切割轉子中的導體，導體感應電流與定子磁場相作用產生電磁轉矩，從而推動轉子轉動，7.4交流伺服電機及其速度控制

497.4.3交流伺服電動機的主要特性參數①額定功率電動機長時間連續(xù)運行所能輸出的最大功率為額定功率，約為額定轉矩與額定轉速的乘積。⑦額定轉矩電動機在額定轉速以下長時間工作所能輸出的轉矩為額定轉矩；③額定轉速額定轉速由額定功率和額定轉矩決定。④瞬時最大轉矩電動機所能輸出的瞬時最大轉矩為瞬時最大轉矩。⑤最高轉速電動機的最高工作轉速為最高轉速。⑥轉于慣量電動機轉子上總的轉動慣量為轉子慣量。7.4交流伺服電機及其速度控制

507.4.4交流伺服電動機的調速方法數控機床上常采用交直交變頻調速。在交直交變頻中，根據中間直流電路上的儲能元件是大電容還是大電感，可分為電壓型逆變器和電流型逆變器。SPWM變頻器是目前應用最廣、最基本的一種交直交型電壓型變頻器，也稱為正弦波PWM變頻器，具有輸入功率因數高和輸出波形好等優(yōu)點，不僅適用于永磁式交流同步電動機，也適用于交流感應異步電動機，在交流調速系統(tǒng)中獲得廣泛應用。7.4交流伺服電機及其速度控制

517.5直線電動機傳動

7．5．1概述直線電動機是指可以直接產生直線運動的電動機，可作為進給驅動系統(tǒng)，如圖7.23所示。在世界上出現(xiàn)了旋轉電動機不久之后就出現(xiàn)了其雛形，但由于受制造技術水平和應用能力的限制，一直未能在制造業(yè)領域作為驅動電動機而使用。近年來隨著大功率電子器件、新型交流變頻調速技術、微型計算機數控技術和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，直線電動機在高速數控機床中得到了一定的應用。52圖7.231-導軌;2-次線;3-初線;4-險測系統(tǒng)7.5直線電動機傳動

53世界上第一臺使用直線電動機驅動工作臺的高速加工中心是德國Ex-Ccll-O公司于1993年生產的，采用了德國Indramennt公司開發(fā)成功的感應式直線電動機。同時，美國Ingersoll公司和Ford汽車公司合作，在HVM800型臥式加工中心采用了美Anorad公司生產的永磁式直線電動機。日本的FAVUC公司于1994年購買了Anorad公司的專利權，開始在亞洲市場銷售直線電動機。在1996年9月芝加哥國際制造技術博覽會((IMTs’96)上，直線電動機如雨后春筍般展現(xiàn)在人們面前，這預示著直線電動機開辟的機床新時代已經到來。7.5直線電動機傳動

547．5．2.直線電動機工作原理直線電動機的工作原理可以視為旋轉電動機沿圓周方向拉開展平的產物，如圖7.24所示。對應于旋轉電動機的定子部分，稱為直線電動機的初級;對應于旋轉電動機的轉子部分，稱為直線電動機的次級。當多相交變電流通入多相對稱繞組時，就會在直線電動機初級和次級之間的氣隙中產生一個行波磁場，從而使初級和次級之間相對移動。當然，二者之間也存在一個垂直力，可以是吸引力，也可以是推斥力。直線電動機可以分為直流直線電動機、步進直線電動機和交流直線電動機3大類。在機床上主要使用交流直線電動機。7.5直線電動機傳動

55(a)旋轉電動機;(b)直線電動機圖7.247.5直線電動機傳動

567．5．3.直線電動機結構形式在結構上，可以有如圖7.25所示的短次級和短初級兩種形式。為了減少發(fā)熱量和降低成本，高速機床用直線電動機一般采用如圖7.25(b)所示的短初級結構。(a)短次級;(b)短初級圖7.257.5直線電動機傳動

577．5．4.直線電動機的特點使用直線電動機的驅動系統(tǒng)，有以下特點:①電動機、電磁力直接作用于運動體(工作臺)上，而不用機械連接，沒有機械滯后或齒節(jié)周期誤差，精度完全取決于檢測精度。②直線電動機上裝配全數字伺服系統(tǒng)，可以達到極好的伺服性能。在任何速度下都能實現(xiàn)非常平穩(wěn)的進給運動。③直線電動機系統(tǒng)在動力傳動中沒有低效率的中介傳動部件而能達到高效率，可獲得很好的動態(tài)剛度(動態(tài)剛度即為在脈沖負荷作用下，伺服系統(tǒng)保持其位置的能力)。④直線電動機驅動系統(tǒng)無機械零件相互接觸，因此無機械磨損，不需要定期維護，可使用多段拼接技術來滿足超長行程機床的要求。7.5直線電動機傳動

587．6．1位置控制的基本原理位置控制環(huán)是伺服系統(tǒng)的外環(huán)，它接收數控裝置插補器每個插補采樣周期發(fā)出的指令，同時，還接收每個位置采樣周期測量反饋裝置測出的實際位置值，然后與位置給定值進行比較(給定值減去反饋值)得出位置誤差，該誤差作為速度環(huán)的給定。實際上，根據伺服系統(tǒng)各環(huán)節(jié)增益(放大倍數)、倍率及其它要求，對位置環(huán)的給定、反饋和誤差信號還要進行處理。早期的位量控制，其速度環(huán)和電流環(huán)均采用模擬控制。

現(xiàn)代全數字伺服系統(tǒng)中，不進行D／A轉換：位量環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的給定信號、反饋信號、誤差信號以及增益和其它控制參數，均由系統(tǒng)中的微處理器進行數字處理：可以使控制參數達到最優(yōu)化，因而控制精度高．穩(wěn)定性好。同時，對實現(xiàn)前饋控制、自適應控制、智能控制等現(xiàn)代先進控制方法都是十分有利的。

7.6位置控制

59圖7.27為模擬位置控制系統(tǒng)原理圖，圖中速度外的電流環(huán)沒畫。7.6位置控制

圖7.27模擬位置控制系統(tǒng)原理圖601．數字脈沖比較位置控制系統(tǒng)的組成數字脈沖比較是構成閉環(huán)和半閉環(huán)位置控制的一種常用方法。在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，經常采用由光電脈沖編碼器等組成的位置檢測裝置；在閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，多采用光柵及其電路作為位置檢測裝置、通過檢測裝置進行位置檢測和反饋，實現(xiàn)脈沖比較；圖7.28為數字脈沖比較位置控制的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的位置環(huán)包括光電脈沖編碼器、脈沖處理電路和比較器環(huán)節(jié)等。

7．