伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制

1、伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制GeorgeEllis2010-01-13 15:20 伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制 采用伺服電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件（如交直流伺服電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)等）、反饋檢測(cè)單元、比較環(huán)節(jié)、驅(qū)動(dòng)線路和機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)五部分組成。其中，比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經(jīng)驅(qū)動(dòng)線路控制執(zhí)行元件帶動(dòng)機(jī)械位移，直到跟隨誤差為零。根據(jù)比較環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)位置控制方式不同，伺服系統(tǒng)也有多種形式。 隨著微處理器及控制技術(shù)的介入和完善，由硬件組成的比較環(huán)節(jié)將由軟件實(shí)現(xiàn)的位置控制環(huán)取代，即由模擬式向數(shù)字化方向過(guò)渡，以適應(yīng)更高速度與精度的需

2、要，而且，系統(tǒng)中的電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的反饋控制全部數(shù)字化，全部伺服的控制模型和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償均由高速微處理器及其控制軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，采樣周期只有零點(diǎn)幾毫秒，采用前饋與反饋結(jié)合的復(fù)合控制可以實(shí)現(xiàn)高精度和高速度，近年來(lái)又出現(xiàn)了學(xué)習(xí)控制這一種智能型的伺服控制，在周期性的高速度、高精度跟蹤中，幾乎可以消除第一個(gè)周期以外的全部伺服誤差，數(shù)字化的軟件伺服是當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)。下面將介紹幾種典型的閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。鑒相式伺服系統(tǒng) 鑒相式伺服系統(tǒng)是運(yùn)動(dòng)控制中早期使用較多的一種閉環(huán)伺服系統(tǒng)，它具有工作可靠、抗干擾性強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)。但由于增加了位置檢測(cè)、反饋、比較等元件，與步進(jìn)式伺服系統(tǒng)相比，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)試

3、也比較困難。下面講述鑒相式伺服系統(tǒng)的工作原理。 圖13. 16是鑒相式伺服系統(tǒng)框圖，它主要由六部分組成，即基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器、脈沖調(diào)相器、檢測(cè)元件及信號(hào)處理線路、鑒相器、驅(qū)動(dòng)線路和執(zhí)行元件。 基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出的是一列具有一定頻率的脈沖信號(hào)，其作用是為伺服系統(tǒng)提供相位比較的基準(zhǔn)。 脈沖調(diào)相器又稱為數(shù)字相位轉(zhuǎn)換器，它的作用是將來(lái)自主機(jī)的進(jìn)給脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相位變化信號(hào)，該相位變化信號(hào)可用正弦波或方波表示。若主機(jī)沒(méi)有進(jìn)給脈沖輸出，脈沖調(diào)相器的輸出與基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的基準(zhǔn)信號(hào)同相位，即兩者沒(méi)有相位差。若有進(jìn)給脈沖到來(lái)，則每輸入一個(gè)正向或反向進(jìn)給脈沖，脈沖調(diào)相器的輸出將超前或滯后基準(zhǔn)信號(hào)一個(gè)相應(yīng)的相位角。 檢

4、測(cè)元件及信號(hào)處理線路的作用是將工作臺(tái)的位移量檢測(cè)出來(lái)，并表達(dá)成與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差。例如，當(dāng)檢測(cè)元件是旋轉(zhuǎn)變壓器時(shí)，若以基準(zhǔn)信號(hào)作為定子繞組的勵(lì)磁信號(hào)，以鑒相方式工作的旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出正是與基準(zhǔn)信號(hào)成一相位差的正弦信號(hào)，此相位差的大小代表了機(jī)械的位移量。鑒相器的輸入信號(hào)有兩路，一路是來(lái)自脈沖調(diào)相器的指令進(jìn)給信號(hào)；另一路是來(lái)自檢測(cè)元件及信號(hào)處理線路的反饋信號(hào)，它代表了機(jī)械的實(shí)際位移量。這兩路信號(hào)都是用它們與基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差來(lái)表示的，且同頻率、同周期。當(dāng)機(jī)械實(shí)際移動(dòng)的距離小于進(jìn)給脈沖要求的距離時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)之間便存在著相位差，這個(gè)相位差的大小就代表了機(jī)械實(shí)際移動(dòng)距離與進(jìn)給脈沖要求的距離之差，

5、鑒相器正是鑒別這個(gè)誤差的電路，它的輸出是與此相位差成正比的電壓信號(hào)。 鑒相式伺服系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)主機(jī)要求工作臺(tái)沿一個(gè)方向進(jìn)給時(shí)，插補(bǔ)軟件便產(chǎn)生一列進(jìn)給脈沖。該進(jìn)給脈沖作為指令脈沖，其數(shù)量、頻率和方向分別代表了工作臺(tái)的指令進(jìn)給量、進(jìn)給速度和進(jìn)給方向，然后被送入伺服系統(tǒng)，經(jīng)脈沖調(diào)相器轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)于基準(zhǔn)信號(hào)的相位變化信號(hào)。假設(shè)伺服系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為0.05mm/脈沖，如要求機(jī)床工作臺(tái)沿z坐標(biāo)軸正向進(jìn)給10mm，即經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算后連續(xù)輸出200個(gè)x軸正向進(jìn)給脈沖，當(dāng)輸出一個(gè)正向進(jìn)給脈沖后經(jīng)脈沖調(diào)相器轉(zhuǎn)變?yōu)槌坝诨鶞?zhǔn)信號(hào)一個(gè)相位角P的指令信號(hào)，該指令信號(hào)送入鑒相器。在工作臺(tái)進(jìn)給前，因工作臺(tái)沒(méi)有位移，故反饋信

6、號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)同相位，其相位差=0。反饋信號(hào)也送入鑒相器，在鑒相器中指令信號(hào)和反饋信號(hào)相比較，求出兩者之間的相位差-。該差值稱跟隨誤差，經(jīng)放大后送入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使工作臺(tái)移動(dòng)。工作臺(tái)正向移動(dòng)后，檢測(cè)元件檢測(cè)出工作臺(tái)位移量經(jīng)信號(hào)處理產(chǎn)生反饋脈沖。該反饋脈沖經(jīng)脈沖調(diào)相器產(chǎn)生超前于基準(zhǔn)信號(hào)一個(gè)相位角的反饋信號(hào)，反饋信號(hào)再次進(jìn)入鑒相器與指令脈沖相比較，若=，說(shuō)明工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)量等于指令信號(hào)要求它的位移量。若，則說(shuō)明工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)量不等于指令信號(hào)要求它的位移量。鑒相器將妒和0的差值經(jīng)放大送入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。指令脈沖是按進(jìn)給量連續(xù)輸出脈沖，而反饋脈沖跟隨輸出。要求進(jìn)給速度快時(shí)進(jìn)給脈沖頻率

7、高，與反饋信號(hào)比較跟隨誤差大，送驅(qū)動(dòng)單元的電壓高，使電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，于是工作臺(tái)移動(dòng)加快。反之，進(jìn)給脈沖頻率低，跟隨誤差值小，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度減慢。所以只要有脈沖輸入，立即產(chǎn)生跟隨誤差，使工作臺(tái)移動(dòng)。當(dāng)200個(gè)x向進(jìn)給脈沖送完，也產(chǎn)生了200個(gè)反饋脈沖，跟隨停止，工作臺(tái)便停止進(jìn)給。 從鑒相式伺服系統(tǒng)的方框圖可以看出，選用不同的檢測(cè)元件，因其工作原理和輸出信號(hào)形式的不同，造成了檢測(cè)元件的控制及其輸出信號(hào)處理方法的不同。如旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出是正弦信號(hào)，而光柵的輸出信號(hào)經(jīng)處理后一般為方波信號(hào)；旋轉(zhuǎn)變壓器需要一組基準(zhǔn)激磁電壓信號(hào)，而光柵不需要任何激磁信號(hào)，只是在信息處理時(shí)，需要一個(gè)基準(zhǔn)脈沖信號(hào)。此外，考慮到系統(tǒng)

8、的整體結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)化鑒相器結(jié)構(gòu)，當(dāng)檢測(cè)元件的輸出是方波信號(hào)時(shí)，脈沖調(diào)相器的輸出也設(shè)計(jì)成方波形式，兩方波信號(hào)在鑒相器中比較；若檢測(cè)元件輸出是正弦信號(hào)，則要將該正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)或?qū)⒚}沖調(diào)相器輸出的方波信號(hào)整形成正弦信號(hào)，以保證相同形式的信號(hào)在鑒相器中比較。所以，選用的檢測(cè)元件不同，鑒相式伺服系統(tǒng)的構(gòu)成也不同。另外，不同的執(zhí)行元件也將使系統(tǒng)的構(gòu)成有所不同。 以上僅討論了一個(gè)坐標(biāo)方向進(jìn)給時(shí)的鑒相伺服系統(tǒng)工作原理，對(duì)于其他軸向也類似。鑒幅式伺服系統(tǒng) 如圖13.17所示，鑒幅式伺服系統(tǒng)由測(cè)量元件及信號(hào)處理線路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、比較器、驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)和執(zhí)行元件五部分組成。它與鑒相式伺服系統(tǒng)的主要區(qū)別有兩點(diǎn)：一是它

9、的測(cè)量元件是以鑒幅工作方式進(jìn)行工作的，可用于鑒幅式伺服系統(tǒng)的測(cè)量元件有旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器；二是比較器所比較的是數(shù)字脈沖量（而不是相位信號(hào)），所以不需要基準(zhǔn)信號(hào)，兩數(shù)字脈沖量可直接在比較器中進(jìn)行脈沖數(shù)量的比較。 測(cè)量元件及信號(hào)處理線路是將工作臺(tái)的機(jī)械位移檢測(cè)出來(lái)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖量。由第11章對(duì)傳感器工作原理的介紹可知，傳感器處于鑒幅工作狀態(tài)時(shí)，輸出電壓u0=Usin（-）sint，即通過(guò)測(cè)量u0的幅值便可確定位移量。換句話說(shuō)，u0的幅值Usin(-)代表著工作臺(tái)的位移。此正弦信號(hào)經(jīng)濾波、放大、檢波、整流以后，才變成方向與工作臺(tái)移動(dòng)方向相對(duì)應(yīng)，幅值與工作臺(tái)位移成正比的直流電壓信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱為

10、解調(diào)，解調(diào)后的信號(hào)經(jīng)電壓頻率轉(zhuǎn)換器變成計(jì)數(shù)脈沖，脈沖的個(gè)數(shù)與電壓幅值成正比，并用符號(hào)觸發(fā)器表示方向。 進(jìn)入比較器的信號(hào)有兩路，一路來(lái)自主機(jī)插補(bǔ)軟件的進(jìn)給脈沖，它代表了主機(jī)要求機(jī)械裝置移動(dòng)的位移量；另一路來(lái)自測(cè)量元件及信號(hào)處理線路，也是以數(shù)字脈沖形式出現(xiàn)，體現(xiàn)了工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)的距離。 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的作用是將比較器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為直流電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)線路進(jìn)行電壓和功率放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。 鑒幅系統(tǒng)工作前，主機(jī)和測(cè)量元件的信號(hào)處理線路都沒(méi)有脈沖輸出，比較器的輸出為零，這時(shí)，執(zhí)行元件不能帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。出現(xiàn)進(jìn)給脈沖信號(hào)之后，比較器的輸出不再為零，執(zhí)行元件開(kāi)始帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。同時(shí)，

11、以鑒幅方式工作的測(cè)量元件又將工作臺(tái)的位移檢測(cè)出來(lái)，經(jīng)信號(hào)處理線路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字脈沖信號(hào)，并將此信號(hào)作為反饋信號(hào)送入比較器與進(jìn)給脈沖進(jìn)行比較。若兩者相等，比較器的輸出為零，說(shuō)明工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)的距離等于指令信號(hào)要求工作臺(tái)移動(dòng)的距離，執(zhí)行元件停止帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)；若兩者不相等，說(shuō)明工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)的距離還不等于指令信號(hào)要求工作臺(tái)移動(dòng)的距離，執(zhí)行元件繼續(xù)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，直到比較器輸出為零時(shí)停止。數(shù)字比較式伺服系統(tǒng) 如圖13. 18所示，一個(gè)數(shù)字比較系統(tǒng)最多可由六個(gè)主要環(huán)節(jié)組成。它們是： (1)由主機(jī)提供的指令信號(hào)，它可以是數(shù)碼信號(hào)，也可以是脈沖數(shù)字信號(hào)。 (2)由測(cè)量元件提供的機(jī)械實(shí)際位置信號(hào)，它可以是

12、數(shù)碼信號(hào)，也可以是脈沖數(shù)字信號(hào)。 (3)完成指令信號(hào)與測(cè)量反饋信號(hào)比較的比較器。 (4)脈沖數(shù)字信號(hào)與數(shù)碼的相互轉(zhuǎn)換部件，它依據(jù)比較器的功能以及指令信號(hào)和反饋信號(hào)的性質(zhì)而決定取舍。 (5)驅(qū)動(dòng)及執(zhí)行部件，它根據(jù)比較器的輸出帶動(dòng)機(jī)械位移。 在數(shù)字比較系統(tǒng)中，常用的位置測(cè)量反饋元件為光電式增量或絕對(duì)編碼器，可提供數(shù)字脈沖序列或數(shù)碼信號(hào)。雖然在此類系統(tǒng)中也可以采用能產(chǎn)生模擬反饋信號(hào)的測(cè)量元件，如旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等，但要通過(guò)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換，將模擬量變?yōu)閿?shù)字量以后才能提供給系統(tǒng)，這樣會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，故在典型的數(shù)字比較系統(tǒng)中不如前者普及。 由于傳感器的輸出可為脈沖序列和數(shù)碼兩種形式，則常用

13、的數(shù)字比較器為這兩種形式的三類組合：數(shù)碼比較器、數(shù)字脈沖比較器、數(shù)碼與數(shù)字脈沖比較器。由于指令和反饋信號(hào)不一定能適合比較的需要，因此，在指令和比較器之間以及反饋和比較器之間有時(shí)需增加“脈沖數(shù)字一數(shù)碼轉(zhuǎn)換”的線路。 比較器的輸出反映了指令信號(hào)和反饋信號(hào)的差值，以及差值的方向。將這一輸出信號(hào)放大后，用于控制執(zhí)行部件。 圖13. 18中的數(shù)字比較系統(tǒng)的工作原理可簡(jiǎn)述如下： 當(dāng)主機(jī)發(fā)出指令信號(hào)，要求機(jī)械裝置沿某一方向進(jìn)給時(shí)，該指令信號(hào)經(jīng)脈沖數(shù)字一數(shù)碼轉(zhuǎn)換，進(jìn)入比較器。開(kāi)始時(shí)，裝置還沒(méi)有動(dòng)，測(cè)量元件輸出的反饋信號(hào)為零，表示裝置沒(méi)有移動(dòng)。該反饋信號(hào)經(jīng)脈沖數(shù)字與數(shù)碼轉(zhuǎn)換，也進(jìn)入比較器。在比較器中，由于兩信號(hào)

14、之差不為零，指令信號(hào)大于反饋信號(hào)，比較器將兩者之差輸出，并經(jīng)濾波、放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件帶動(dòng)裝置移動(dòng)。裝置的移動(dòng)使反饋信號(hào)不為零，逐步接近指令信號(hào)，直到兩者相等，比較器輸出為零時(shí)止。比較器輸出為零時(shí)，執(zhí)行元件停止拖動(dòng)裝置移動(dòng)，這時(shí)，裝置實(shí)際移動(dòng)的距離就是指令信號(hào)要求它移動(dòng)的距離。 用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的伺服電動(dòng)機(jī)位置閉環(huán)控制 用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)伺服電動(dòng)機(jī)的位置閉環(huán)控制的原理就是利用計(jì)算機(jī)的軟件計(jì)算功能，將來(lái)自測(cè)量元件的反饋信號(hào)在計(jì)算機(jī)中與插補(bǔ)軟件產(chǎn)生的指令信號(hào)作比較，其差值經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后送入速度單元，然后經(jīng)執(zhí)行元件變?yōu)闄C(jī)械位移。因此計(jì)算機(jī)伺服系統(tǒng)可分成軟件部分和硬件部分，軟件部分主要完成跟蹤誤差的計(jì)算，即指令信

15、號(hào)和反饋信號(hào)的比較計(jì)算，硬件部分主要由位置檢測(cè)和位置輸出部分組成。一般用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的位置閉環(huán)控制的系統(tǒng)框圖如圖13.19所示。 (1)軟件部分的設(shè)計(jì) 一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的伺服控制是采用實(shí)時(shí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在每一中斷周期結(jié)束之前，插補(bǔ)軟件算出下一周期坐標(biāo)軸的位置增量，在每一中斷周期開(kāi)始時(shí)，位置控制程序?qū)ψ鴺?biāo)軸的實(shí)際位置進(jìn)行采樣，將采樣值與插補(bǔ)軟件產(chǎn)生的增量命令比較，算出跟隨誤差，該跟隨值經(jīng)計(jì)算機(jī)接口送到位置控制輸出組件，由位置控制輸出組件拖動(dòng)機(jī)械移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)伺服控制。假設(shè)系統(tǒng)的中斷周期（或稱采樣周期）為T(mén)=1Oms，在整個(gè)10ms中斷周期中，計(jì)算機(jī)輸出的指令信號(hào)維持不變。 閉環(huán)系統(tǒng)伺服控制軟件的工作

16、主要包括跟隨誤差的計(jì)算，進(jìn)給速度指令的計(jì)算和進(jìn)給速度的監(jiān)控。 跟隨誤差的計(jì)算 從理論上講，跟隨誤差為指令信號(hào)要求機(jī)械裝置移動(dòng)的位置（簡(jiǎn)稱指令位置）和其實(shí)際移動(dòng)的位置之差，即 跟隨誤差=指令位置一實(shí)際位置 為了計(jì)算和控制的方便，在實(shí)際運(yùn)行中跟隨誤差是按采樣周期的增量方式進(jìn)行計(jì)算的。 設(shè)： Ei第i次迭代中所計(jì)算的跟隨誤差； Ei-1第i-l次迭代中所計(jì)算的跟隨誤差； Dfi第i-l次運(yùn)動(dòng)中的實(shí)際位置增量； Dci第i-l次迭代末為第i次周期算得的坐標(biāo)軸位置增量命令。 位置環(huán)增益Kv的控制 位置環(huán)增益，一般指系統(tǒng)進(jìn)給速度放大系數(shù)，是伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本指標(biāo)之一，它不僅影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)剛度

17、、不靈敏區(qū)，還影響著機(jī)械裝置進(jìn)給速度和穩(wěn)態(tài)誤差。在計(jì)算機(jī)伺服系統(tǒng)中，利用軟件可以對(duì)位置增益Kv進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)時(shí)刻處于最佳增益工作狀態(tài)。 根據(jù)自動(dòng)控制理論，計(jì)算機(jī)數(shù)字采樣控制系統(tǒng)與相應(yīng)的連續(xù)系統(tǒng)有著完全相同的階躍響應(yīng)和斜坡響應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)為I型系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于斜坡輸入R(t)=Vt，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為一常量EE=V/Kv式中Kv=KCKDKMKA，其中Kc為計(jì)算機(jī)的控制增益；KD為數(shù)模轉(zhuǎn)換增益；KM為驅(qū)動(dòng)速度回路增益；KA為測(cè)量組件增益。而又有KD=KNKDA，其中KN為利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器的整個(gè)數(shù)值范圍而引入的比例系數(shù)；KDA為實(shí)際數(shù)模轉(zhuǎn)換器的增益。假定系統(tǒng)使用13位的DA轉(zhuǎn)換器，相應(yīng)于其飽和數(shù)

18、字量8191的模擬電壓輸出為9V,KDA=9/8191=0.O01(V數(shù)字單位)。 上式說(shuō)明，當(dāng)向某坐標(biāo)軸輸入位置命令R(t)=Vt，要求某坐標(biāo)軸以恒定的進(jìn)給速度y進(jìn)給時(shí)，該坐標(biāo)軸實(shí)際移動(dòng)的速度與指令進(jìn)給速度y一致。但兩者的瞬時(shí)位置有一定的位置偏差'這就是斜坡響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差E，即系統(tǒng)的跟隨誤差，圖13.21是輸入系統(tǒng)的斜坡R(t)和系統(tǒng)的響應(yīng)C(t)之間的關(guān)系圖。 由關(guān)系式V=KvE可知，系統(tǒng)的Kv越大，較小的跟隨誤差就足以引起較大的速度。另一方面，由關(guān)系式E=V/Kv可知，當(dāng)輸入的速度命令為一定時(shí)，位置增益Kv愈大，坐標(biāo)軸在跟隨命令過(guò)程中形成的跟隨誤差愈小。在輪廓加工中，跟隨誤差在輪

19、廓上產(chǎn)生一個(gè)實(shí)際的誤差，因此，希望增益高，從而保證較好的輪廓精度。但是，在坐標(biāo)軸快速移動(dòng)時(shí)，希望有較高的速度，以提高系統(tǒng)的利用率。為了取得這一較高的速度，又要保證速度變化的平穩(wěn)性，要求適當(dāng)降低系統(tǒng)的增益，以增大跟隨誤差。用計(jì)算機(jī)可以容易地進(jìn)行變?cè)鲆娴目刂疲瓜到y(tǒng)在兩種不同的條件下都具有最佳的增益。一般系統(tǒng)通過(guò)用軟件程序改變Kc值實(shí)現(xiàn)了兩種工作條件的增益Kv變化的控制。 進(jìn)給速度指令（數(shù)字量）的計(jì)算 系數(shù)KDAKMKA部分由硬件設(shè)計(jì)確定，而軟件需要完成對(duì)跟隨誤差乘以KCKN的處理，我們把軟件計(jì)算結(jié)果VD一稱為進(jìn)給速度的數(shù)字量，它由計(jì)算機(jī)發(fā)送到位置控制輸出組件的D/A緩沖器，其值為DA的計(jì)算分兩步

20、進(jìn)行，首先根據(jù)當(dāng)前跟隨誤差所在的工作區(qū)域計(jì)算VD值，式中EBP為增益轉(zhuǎn)折點(diǎn)的跟隨誤差；口為控制增益減少率；Kc常取1；而口值常取為1/2、1/4 接著，計(jì)算出VDA=KNVD，便可以向位置控制輸出組件發(fā)送進(jìn)給速度指令（數(shù)字量）了。發(fā)送到位置控制輸出組件的數(shù)字量經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，變?yōu)?9V的速度指令模擬電壓。 進(jìn)給速度的監(jiān)控 在閉環(huán)系統(tǒng)中，如果發(fā)生位置反饋回路斷開(kāi)故障時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際上成為開(kāi)環(huán)狀態(tài)，沒(méi)有位置反饋增量從命令增量中減去，跟隨誤差會(huì)累積得愈來(lái)愈大，直到溢出，以致引起過(guò)量的進(jìn)給速度而造成事故。在驅(qū)動(dòng)裝置失速時(shí)，也會(huì)發(fā)生誤差累積引起的速度沖擊振蕩。為了避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，軟件可設(shè)置兩級(jí)速度保護(hù)。

21、圖13.22是跟隨誤差與進(jìn)給速度的關(guān)系圖，圖中折線上的S點(diǎn)稱為進(jìn)給速度抑制點(diǎn)，M點(diǎn)稱為過(guò)量速度控制點(diǎn)。 對(duì)應(yīng)于進(jìn)給速度抑制點(diǎn)S的進(jìn)給速度值為最大編程速度（快進(jìn)速度）的1.05倍。當(dāng)伺服軟件檢測(cè)到計(jì)算出來(lái)的進(jìn)給速度指令VD大于此點(diǎn)對(duì)應(yīng)的VD時(shí)，自動(dòng)將進(jìn)給速度調(diào)整設(shè)定值減少一半，從而使插補(bǔ)程序中步長(zhǎng)值下降一半，限制了進(jìn)給速度，并同時(shí)顯示報(bào)警消息，通知操作者處理。 對(duì)應(yīng)于過(guò)量進(jìn)給速度控制點(diǎn)M的進(jìn)給速度值為最大編程速度的1.1倍，由此點(diǎn)的VD計(jì)算出來(lái)的進(jìn)給速度指令數(shù)字量VDA等于或接近數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最大容量。當(dāng)伺服軟件檢測(cè)到計(jì)算出來(lái)的進(jìn)給速度指令VD大于或等于此點(diǎn)的VD時(shí)，自動(dòng)使系統(tǒng)進(jìn)入緊停狀態(tài)，即停止各坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，停止零件程序的運(yùn)行，并顯示出錯(cuò)消息。 (2)硬件部分的設(shè)計(jì) 位置檢測(cè)電路 電動(dòng)機(jī)的位置檢測(cè)元件一般采用增量式光電編碼器，光電編碼器的輸出脈沖A、B是一對(duì)正交脈沖。圖13. 23給出了與第11章圖11.4不同的另一個(gè)4倍頻位置檢測(cè)與鑒相電路，該電路將A和B轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)于順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的正脈沖信號(hào)F+和對(duì)應(yīng)于逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的負(fù)脈沖信號(hào)F-。 用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)位置閉環(huán)控制的系統(tǒng)框圖如圖13.