數(shù)控技術課件：數(shù)控機床的伺服系統(tǒng) -

數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)（顯示器及操作面板）【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識伺服系統(tǒng)了解伺服系統(tǒng)的基本作用；熟悉數(shù)控伺服系統(tǒng)的分類。伺服系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)的分類。步進電機伺服系統(tǒng)熟悉步進電機繞組的通電方式；熟悉步進電機伺服系統(tǒng)脈沖分配；掌握功率放大電路的工作原理。步進電機的工作原理；軟件脈沖分配方式；單電壓、雙電壓和恒流斬波電路。直流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)了解晶閘管調(diào)速的基本原理；熟悉PWM的工作原理。晶閘管調(diào)速；PWM、三角波發(fā)生器、比較放大器、開關功率放大器。直流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)了解SPWM的基本原理；了解交-直-交變頻器主電路的基本原理；了解SPWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。SPWM工作原理；交-直-交變頻器主電路的分析；典型SPWM調(diào)速系統(tǒng)的分析。進給驅(qū)動裝置了解進給驅(qū)動裝置的作用；熟悉進給驅(qū)動裝置的接口；掌握進給驅(qū)動裝置與CNC的連接。電源、指令、控制及信號反饋接口等；脈沖指令的三種類型；與CNC的連接。主軸變頻器了解主軸變頻器的基本接口；掌握變頻器與CNC的連接。變頻器的基本接口；變頻器與802C和HNC-21CNC的連接。Whatis“ServoSystem”“Servo”derivesfromtheGreek“Servus(servant)”.TheSystemiscalled“ServoSystem”asitrespondsfaithfullytoacommand.

Itisasystemtocontrolmechanicalinstrumentsincompliancewithvariationofpositionorspeedtargetvalue(designatedvalue,commandvalue).

(1)伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、伺服機構(gòu)或伺服單元。

(2)、數(shù)控機床伺服系統(tǒng)主要有兩種：1）進給伺服系統(tǒng)，它控制機床各坐標軸的切削進給運動，以直線運動為主；2）主軸伺服系統(tǒng)，它控制主軸的切削運動，以旋轉(zhuǎn)運動為主。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動部分和執(zhí)行機構(gòu)兩大部分。伺服系統(tǒng)的作用是把來自CNC裝置的各種指令信號轉(zhuǎn)換成數(shù)控設備移動部件的運動。7.1.1伺服系統(tǒng)的概念7.1概述

(3)、驅(qū)動元件：常用的有功率步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機，前者用于經(jīng)濟經(jīng)濟型數(shù)控機床，后二者用于中高檔數(shù)控機床；或前者常用于開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，后二者用于閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。交流伺服電動機

直流伺服電動機

混合式步進電動機

(4)進給伺服系統(tǒng)：數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。它忠實地執(zhí)行由CNC裝置發(fā)來的運動命令，精確控制執(zhí)行部件的運動方向，進給速度與位移量。如果CNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢”，是一種“執(zhí)行機構(gòu)”。(1)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置→進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電機機械執(zhí)行部件A相、B相C相、…f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大7.1.2伺服系統(tǒng)的分類

無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進電機作為伺服驅(qū)動元件。具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋(2)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置

半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應用。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋(3)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)

全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。

從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設計、安裝和調(diào)試都相當困難。

該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。CommandvalueExample1位置控制模塊速度控制單元伺服電機

工作臺

位置檢測測量反饋

速度環(huán)

速度檢測

位置環(huán)

指令伺服驅(qū)動裝置

閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1)．精度高

2)．穩(wěn)定性好

3)．快速響應

4)．調(diào)速范圍寬

5)．低速大轉(zhuǎn)矩7.1.3對伺服系統(tǒng)的基本要求7.2步進式伺服系統(tǒng)

步進電動機伺服系統(tǒng)屬于開環(huán)伺服系統(tǒng)。步進電動機將進給脈沖轉(zhuǎn)換為一定方向、大小和速度的機械角位移，并由傳動絲杠帶動工作臺移動。由于系統(tǒng)中無位置和速度檢測環(huán)節(jié)，其精度主要取決于步進電動機和與之相聯(lián)的絲杠等傳動機構(gòu)，速度也受到步進電動機性能的限制。但其控制結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整容易，在速度和精度要求不太高的場合有一定的使用價值。

步進電動機是一種由電脈沖控制的特殊同步電動機，其作用是將電脈沖信號變換為相應的角位移或線位移?；旌鲜讲竭M電動機

混合式步進電動機

磁阻式步進電動機

7.2.1步進電動機的工作原理1.步進電動機的分類按勵磁方式分類：永磁式、混合式、反應式。按控制繞組的相數(shù)分類：兩相、三相、四相或更多相數(shù)；按輸出轉(zhuǎn)矩大小分類：伺服式步進電動機和功率步進電動機2.步進電機結(jié)構(gòu)

步進電動機主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均由磁性材料構(gòu)成，其上分別有六個、四個磁極。定子轉(zhuǎn)子定子繞組3.工作過程化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。A相通電，A方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁A相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A34121C'342CA'BB'A同理，B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉(zhuǎn)30

；C相通電再轉(zhuǎn)30

。A相通電B相通電C相通電4.工作方式

步進電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。

“單”是三相繞組中每次只有一相通電?！芭摹敝笍囊环N通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種通電狀態(tài)。如：從A相通電轉(zhuǎn)為B相通電稱為一拍.

注意：這里的相和三相交流電中的“相”的概念不同。步進機通的是直流電脈沖。1）三相單三拍（1）三相繞組聯(lián)接方式：Y型（2）三相繞組中的通電順序為：A相

B相

C相通電順序也可以為：

A相

C相

B相

（3）、三相單三拍的特點：

每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30

。此角稱為步距角，用

S表示。

轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向2）三相單雙六拍三相繞組的通電順序為：

A

AB

B

BC

C

CA

A

共六拍。工作過程：CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

單雙六拍工作方式時，有三拍是單相通電，有三拍是雙向通電；對任意一向來說，它的電壓波形是一個方形，周期為六拍，其中有三拍連續(xù)通電，有三拍連續(xù)斷電。3）三相雙三拍三相繞組的通電順序為：

AB

BC

CA

AB

共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。三相單三拍：(正轉(zhuǎn))ABC

A(反轉(zhuǎn))A

CBA

三相雙三拍：(正轉(zhuǎn))AB

BC

CA

AB(反轉(zhuǎn))AC

CB

BA

AC

三相六拍：

(正轉(zhuǎn))A

AB

B

BC

C

CA

A(反轉(zhuǎn))A

AC

C

CB

B

BA

A通電方式

5、小步距角的步進電動機實際采用的步進電機的步距角多為3度和1.5度，步距角越小，機加工的精度越高。為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)子40個齒，定子仍是6個磁極，但每個磁極上也有五個齒。總結(jié)：機理：步進電機是利用電磁鐵原理，將脈沖信號轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機。每來一個電脈沖，電機轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機械移動一小段距離。特點：

(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。

(2)控制脈沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速。

(3)改變脈沖順序，改變方向。6.步進電機的主要性能指標

步進電機通過一個電脈沖,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。步距角和步進電機的相數(shù)、通電方式及電機轉(zhuǎn)子齒數(shù)的關系如下:式中α—步進電機的步距角；

m—電機相數(shù)；Z—轉(zhuǎn)子齒數(shù)；

K—系數(shù)，相鄰兩次通電相數(shù)相同，K＝1；相鄰兩次通電相數(shù)不同，K＝2。同一相數(shù)的步進電機可有兩種步距角，通常為1.2/0.6、1.5/0.75、1.8/0.9、3/1.5度等。1）靜態(tài)運行特性

靜態(tài)運行特性是指步進電動機不改變通電的狀態(tài)，步進電動機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)角之間的關系，也稱矩角特性，數(shù)學形式表示為T=f(θ)。

步進電動機的轉(zhuǎn)矩就是電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)角（也叫失調(diào)角）就是通電相的定轉(zhuǎn)子齒中心線間用電角度表示的夾角θ。

步進電動機的矩角特性接近正弦曲線，數(shù)學關系式為：

當θ=±π/2時，產(chǎn)生最大靜轉(zhuǎn)矩，表示步進電動機所能承受的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩.2）步進運行特性

輸入脈沖的頻率很低，轉(zhuǎn)子走完一步停止以后，再輸入下一個脈沖，則這種運行狀態(tài)稱為步進運行。步進運行特性也稱步進矩角特性。

步進運行所能帶動的最大負載取決于靜態(tài)特性曲線U與V的交點所對應的轉(zhuǎn)矩Ts

。只有負載轉(zhuǎn)矩TL＜Ts，電動機才能帶動負載步進運行，因而Ts被稱為步進轉(zhuǎn)矩或起動轉(zhuǎn)矩。步距角θ越小，則Ts越接近Tmax，即步進運行能帶動的負載越大。

加給步進電動機的指令脈沖頻率如大于起動頻率，就不能正常工作。在有負載情況下，不失步起動所允許的最高頻率將大大降低。3）起動頻率

空載時，步進電動機由靜止狀態(tài)突然起動，并進入不丟步的正常運行的最高頻率稱為起動頻率。

步進電動機帶負載起動后，連續(xù)緩慢提高脈沖頻率到不丟步運行的最高頻率稱為連續(xù)運行頻率，它比起動頻率大得多。4）連續(xù)運行頻率

它隨電動機所帶負載的性質(zhì)和大小而異，與驅(qū)動電源也有很大關系。

步進電動機采用升降速控制，起停時頻率降低；正常運行時，頻率升高。7.2.2步進電動機的驅(qū)動

要使步進電動機一步一步地運行，控制脈沖必須按一定的順序分別供給電動機各相。給三相繞組輪流供電被稱為脈沖分配，實現(xiàn)脈沖分配的方法有硬件法和軟件法兩種。硬件分配法由環(huán)形脈沖分配器來實現(xiàn)，軟件脈沖分配是由程序從計算機接口直接控制輸出脈沖的速度和順序。

目前多使用專用集成電路來實現(xiàn)環(huán)形脈沖分配。已經(jīng)有很多可靠性高、尺寸小、使用方便的集成脈沖分配器供選擇。在數(shù)控機床中還使用帶脈沖分配和驅(qū)動功能的可編程序控制器，作為步進電動機的控制器。

CNC裝置中也可采用軟件的方法實現(xiàn)環(huán)形脈沖分配。

1.脈沖分配方向?qū)щ娤喙ぷ鳡顟B(tài)二進制數(shù)十六進制數(shù)數(shù)據(jù)表正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)

CBA

DATA由由上下向向下上AA、BBB、CCC、A00101101011010010100000001000000110000001000000110000001000000010101H03H02H06H04H05HDB01HDB03HDB02HDB06HDB04HDB05HMCS-51引腳線選法地址譯碼START:MOVDPTR,#DATA；取數(shù)據(jù)表首址

MOVR2,#00HLOOP:MOVA,R2MOVCA,@A+DPTR；讀表首數(shù)據(jù)

MOVP1,A；輸出

ACALLDY2；調(diào)延時子程序

JBP3.0,ZZ；正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)ZZCJNER2,#00H,L1；未到表首轉(zhuǎn)L1MOVR2,#05H；回到表尾AJMPLOOPL1:DECR2；指針減1AJMPLOOPZZ:CJNER2,#05H,L2；未到表尾轉(zhuǎn)L2MOVR2,#00H；回到表首AJMPLOOPL2:INCR2；指針加1AJMPLOOPDY2:MOVR6,#03HDY1:MOVR5,#166DY2:DJNZR5,DY2DJNZR6,DY1RETORG8100HDATA:DB01H,03H,02H,06H,04H,05H2.功率放大1）單電壓功放電路

串聯(lián)電阻Rc，充電時間常數(shù)將減小，使電流上升的時間減小，步進電動機能得到較高的轉(zhuǎn)換速度。但電阻Rc消耗了一部分功率，為了使電流波形更陡，在電阻Rc兩端并聯(lián)電容C，由于電容端電壓不能突變，繞組通電瞬間，電源電壓全部加在繞組上，使電流迅速提高。二極管VD及電阻RD形成放電回路，保護三極管V。2）高低壓功放電路3）恒流斬波功放電路

Vin為“0”電平時，與門N2輸出“0”電平，功放管V截止，繞組L上無電流，R3上無反饋電壓，N1輸出“1”電平；Vin變?yōu)椤?”電平后，N2輸出“1”電平，功放管V導通，繞組L上有電流.

R3上產(chǎn)生反饋電壓Vf。當Vf<Vref時，N1和N2維持“1”電平，功放管V維持導通；當Vf>Vref時，N1輸出“0”電平，N2的輸出端也變?yōu)椤?”電平，功放管V截止，繞組上為釋放電流；當R3上電流減小到出現(xiàn)Vf<Vref，N1又輸出“1”電平，N2也輸出“1”電平，功放管V又導通，如此往復。功放管多次通斷，繞組電流在設定值上下波動。提高了工作效率和電源效率。但電流的鋸齒波形會產(chǎn)生較大的電磁噪聲。3DM683是數(shù)字式三相步進電機驅(qū)動器，采用最新32位DSP技術，用戶可以設置512內(nèi)的任意細分以及額定電流內(nèi)的任意電流值，能夠滿足大多數(shù)場合的應用需要。由于采用內(nèi)置微細分技術，即使在低細分的條件下，也能夠達到高細分的效果,低中高速運行都很平穩(wěn)，噪音超小。3.步進電機驅(qū)動器輸入接口電路（共陽極接法）控制器集電極開路輸出輸入接口電路（共陰極接法）控制器PNP輸出注意：VCC值為5V時，R短接；VCC值為12V時，R為1K，大于1/8W電阻；VCC值為24V時，R為2K，大于1/8W電阻；西門子PLC系統(tǒng)和驅(qū)動器共陽極的連接控制信號時序圖為了避免一些誤動作和偏差，PUL、DIR和ENA應滿足一定要求，如下圖1）t1：ENA（使能信號）應提前DIR至少5μs，確定為高。一般情況下建議ENA+和ENA-懸空即可。2）t2：DIR至少提前PUL下降沿5μs確定其狀態(tài)高或低。3）t3：脈沖寬度至少不小于2.5μs。4）t4：低電平寬度不小于2.5μs。電流設定工作（動態(tài)）電流設定細分設定典型接線案例3ND683配三相混合式步進電機接線方法如下圖所示（若電機轉(zhuǎn)向與期望轉(zhuǎn)向不同時，僅交換U、V、W的任意兩根線即可）：應用中常見問題和處理方法7.3.1相關知識連接

1.直流電動機的勵磁方式B并勵A它勵C串勵D復勵7.3直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)2.直流電動機的調(diào)速根據(jù)直流電動機轉(zhuǎn)速公式；

n=(Ua–IaRa)/CeΦ

式中；Ua–電樞端電壓（V）Ea–感應電動勢（V）

Ia-電樞繞組電流（A）Ra-電樞繞組總電阻

Φ-每極磁通（Wb）n-電動機轉(zhuǎn)速（r/min）

Ce-電動勢常數(shù)，與電動機構(gòu)造有關可知，直流電動機的調(diào)速方法有三種；（以他勵直流電動機為例）3、直流電動機的調(diào)速①電樞電路串電阻調(diào)速（改變Ra）他勵直流電動機的電樞電路串電阻調(diào)速（改變Ra）的機械特性4、直流電動機的調(diào)速②勵磁電路串電阻調(diào)速（改變Φ）他勵直流電動機的勵磁電路串電阻調(diào)速（改變Φ）的機械特性

③降低電樞電壓調(diào)速（改變Ua）他勵直流電動機降低電樞電壓調(diào)速（改變Ua）的機械特性

當指令信號Ur增大時，則偏差信號Es也將增大，從而使電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓隨之加大，觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖前移（即減小α角），SCR輸出電壓提高，電機轉(zhuǎn)速相應上升。

如果受到外界干擾，如負載增加時，轉(zhuǎn)速就要下降。此時，測速機輸出電壓下降，偏差信號Es增大，導致Us和Uk增加，觸發(fā)脈沖前移，晶閘管整流器輸出電壓升高，電機轉(zhuǎn)速上升直至恢復到外界干擾前的轉(zhuǎn)速值。7.3.2晶閘管調(diào)速系統(tǒng)1.系統(tǒng)組成

晶閘管整流電路具有多種形式，如單向半控橋、單向全控橋、三相半波、三相半控橋、三相全控橋等。單向半控橋及單向全控橋雖然電路簡單，但其輸出波形差、容量有限，而較少采用。數(shù)控機床中，多采用三相全控橋反并聯(lián)可逆整流電路。圖中晶閘管分成兩組（Ⅰ和Ⅱ），每組按三相橋式連接，兩組反并聯(lián)，分別實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。2.主回路構(gòu)成7.3.3直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)速原理1.晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)脈寬調(diào)制（PWM）是利用脈沖寬度調(diào)制器對大功率晶體管的開關時間進行控制，將直流電壓轉(zhuǎn)化成某一頻率的方波電壓，加到直流電動機電樞兩端，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞兩端的平均電壓，從而達到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的目的。

2.脈寬調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成

作用是將電流調(diào)節(jié)器輸出的直流電壓與振蕩器產(chǎn)生的確定頻率三角波疊加，形成寬度可變的矩形脈沖。數(shù)控系統(tǒng)中，電流調(diào)節(jié)器輸出的直流電壓量，是由插補器輸出的速度指令轉(zhuǎn)化而來的信號，經(jīng)過脈寬調(diào)制器變?yōu)橹芷诠潭ǖ}沖寬度可調(diào)的脈沖信號，脈沖寬度的變化跟隨速度指令信號。(a)脈寬調(diào)制器(b)比較放大器

三角波電壓uΔ與控制電壓usr疊加后送入比較放大器N的輸入端，當usr=0時，比較放大器輸出電壓的正負半波脈寬相等，輸出平均電壓為零。

當usr＞0時，三角波過零時間提前，輸出脈沖正半波寬度大于負半波寬度，輸出平均電壓大于零。而當usr＜0時，三角波過零時間后移，輸出脈沖正半波寬度小于負半波寬度，輸出平均電壓小于零。如果三角波線性度好，則輸出脈沖寬度正比于控制電壓usr。H型單極性開關電路

兩個相位相反的脈沖信號分別加在V1和V2的基極，V3的基極施加截止控制信號，V4的基極施加飽和導通的控制信號。0≤t＜t1，V1飽和導通，V2截止，V4始終處于導通狀態(tài)，所以在電動機電樞兩端AB間的電壓為Ed。t1≤t＜T，V1截止而V2飽和導通，V3始終處于截止狀態(tài)，電動機處于無電源供電的狀態(tài)，電樞電流靠V4和VD2通道，電樞電感能量釋放而繼續(xù)流通，電機產(chǎn)生一個方向的轉(zhuǎn)動。3.開關功率放大器H型雙極性開關電路V1和V4的脈沖信號相同，V2和V3的脈沖信號同V1和V4的信號相位相反。0≤t＜t1，V2和V3導通，+Ed加在電樞的AB兩端（UAB=+Ed）；t1≤t＜T，V1和V4導通，+Ed加在BA兩端（UAB=-Ed）。

當t1>T/2時，電樞兩端平均電壓UAB>0，電機正轉(zhuǎn)；反之，當t1<T/2時，平均電壓小于零，電動機反轉(zhuǎn)；當t1=T/2時，平均電壓為零，電動機不轉(zhuǎn)。3.開關功率放大器主回路：可逆H型雙極式PWM電路圖:

由四個大功率晶體管（GTR）T1、T2、T3、T4

及四個續(xù)流二極管組成的橋式電路。H型：

又分為雙極式、單極式和受限單極式三種。Ub1、

Ub2、Ub3Ub4–為調(diào)制器輸出，經(jīng)脈沖分配、基極驅(qū)動轉(zhuǎn)換過來的脈沖電壓。分別加到T1

、T2、T3

、T4的基極。Ub3Ub4Ub1Ub2USABD1D2D3D4MT1T2T4T3tUS-USUdUABOtUb1Ub4Ub2Ub3OOttt1Tidid1id2id1id2OOOOOt1t3Tt2t3t1Ub1、Ub4Ub2、Ub3UdUABidttttid1id1id4id2id3id4id2US-USUdUABOtUb1Ub4Ub2Ub3OOttt1Tidid1id2id1id2O7.4交流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)1、交流電動機的原理2.交流伺服電機的調(diào)速方法由電機學知，交流電機轉(zhuǎn)速公式：式中：f–

定子電源頻率

p–

磁激對數(shù)

S–

轉(zhuǎn)差率

ns–

定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速

n–

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速異步電機

變極–

用于籠型電機調(diào)壓（定子電壓）電磁磚差離合器調(diào)阻（轉(zhuǎn)子電組）

串級調(diào)速

交–直–交交–交交–直–交交–交變轉(zhuǎn)差率變頻變頻同步電機交流電動機由此可知調(diào)速方法：（6.11）（6.12）3.SPWM交–直–交變壓變頻器的原理框圖如下：M3～UIURUR–整流器固定電壓不可控整流器，常采用六個二級管橋式整流器結(jié)構(gòu)將交流變?yōu)橹绷鳎妷悍挡蛔?。UI–逆變器由六個功率開關器件組成，常采用大功率晶體管。其控制極（大功率晶體管GTR為基極）輸入由基準正弦波（由速度指令轉(zhuǎn)化過來的）和三角波疊加出來的SPWM調(diào)制波（等幅、不等寬的矩形脈沖波），使這些大功率晶體管按一定規(guī)律導通、截止，輸出一系列功率級等效于正弦交流電的可變頻變壓的等幅、不等寬的矩形脈沖電壓波，即功率級SPWM電壓，使電機轉(zhuǎn)動。正弦脈寬調(diào)制原理（以單相為例）正弦脈寬調(diào)制（SPWM）波形:與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波，如右下圖所示。uωtωtuOOa)b)

①

等效原理：把正弦分成n等分，每一區(qū)間的面積用與其相等的等幅不等寬的矩形面積代替。

正弦的正負半周均如此處理。uAB50HzSPWMD1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12T1T2T3T4T5T6uauaububucucu1u2u3utu1utuduaω1tω1tω1tω1tω1tω1tuA0uB0uC0逆變器輸出A相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出B相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出C相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出線電壓等效正弦脈寬電壓波u1:由F轉(zhuǎn)換來的ut改變調(diào)制波的頻率、幅值，就可改變最終輸出：變頻變壓的交流電壓主回路：左半部：整流器右半部：逆變器

進給驅(qū)動裝置根據(jù)來自CNC的指令，按照一定規(guī)律控制電動機的運行，以滿足數(shù)控機床工作的要求。因此進給驅(qū)動裝置至少應具有工作電源接口、接收CNC或其它設備指令信號接口、以及控制電動機運行的接口，這些都是最基本的接口。7.5進給驅(qū)動器的接口松下MINAS系列全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)是20世紀90年代初期投入批量化生產(chǎn)的全新數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)響應快、精度高，是目前體積最小、重量最輕的交流伺服系統(tǒng)產(chǎn)品之一。1．電源接口

習慣上進給驅(qū)動裝置的電源是指其動力電源。進給驅(qū)動裝置的動力電源種類很多。使用交流電源的進給驅(qū)動裝置一般由隔離變壓器供電,以提高抗干擾能力和減小對其他設備的干擾，有時還需要增加電抗器以減小電動機啟／停時對電源和電源控制器件的沖擊，電源干擾較強時還要增加高壓瓷片電容、磁環(huán)、低通濾波器等。

交流伺服驅(qū)動裝置內(nèi)部分為電源模塊部分和控制模塊部分，有些交流伺服驅(qū)動模塊這兩部分是集成在一起的、有些則采用分離的方式，即幾個控制模塊共用一個電源模塊，此時也稱控制模塊為進給驅(qū)動裝置，這種方式對于坐標軸數(shù)較多的數(shù)控設備要經(jīng)濟一些，例如銑床。根據(jù)電源模塊和電動機功率的不同，一個電源模塊可以連接1一5個控制模塊.模擬量指令一般用于交流伺服進給驅(qū)動裝置，進給驅(qū)動裝置工作在速度模式下，由CNC和電動機（半閉環(huán)控制）或機床（全閉環(huán)拉制）上的位置檢測元件組成位置閉環(huán)系統(tǒng)。模擬量指令分為模擬電壓指令和模擬電流指令兩種，模擬量指令輸入接口原理如圖所示，一般電壓指令的范圍是-10V∽+10V；電流指令的范圍是-20mA∽+20mA。電壓指令在遠距離傳輸時衰減比較明顯，因此，若驅(qū)動裝置兩種指令可選，則推薦使用或設定模擬電流a)單極性電壓b)雙極性電壓２．指令接口－模擬量指令脈沖指令接口最初被用于步進驅(qū)動裝置。目前通用交流伺服驅(qū)動裝置一般也都采用或提供脈沖指令接口，接口電路原理如圖示。外部輸人電路有長線驅(qū)動和集電極開路兩種形式。

采用脈沖指令接口時，伺服驅(qū)動裝置一般工作在