數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)-鄭佳文

1、明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)機(jī)械工程-鄭佳文學(xué)號(hào)：1508520102機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行主要內(nèi)容概述開環(huán)式控制系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路閉環(huán)伺服系統(tǒng)與反饋比較形式直流伺服電機(jī)與調(diào)速系統(tǒng)交流伺服電機(jī)與主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械工程學(xué)院一一二二三三四五明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院一、概述明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行概述伺服系統(tǒng)接收來(lái)自CNC（Computer Numerical Control）裝置的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換和放大，然后驅(qū)動(dòng)各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這些軸有些帶動(dòng)工作臺(tái)，有些帶動(dòng)刀架，通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)坐標(biāo)軸的

2、綜合聯(lián)動(dòng)，涉及各軸上運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)，以一定的加減速曲線來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，使刀具相對(duì)工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)部件之間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。它包含機(jī)械、電子、電動(dòng)機(jī)等各種部件，并涉及強(qiáng)電與弱電控制，是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行1.伺服系統(tǒng)的作用和組成在自動(dòng)控制中，是輸出量能以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，亦稱為伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是指以機(jī)床移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械工程學(xué)院伺服系統(tǒng)的作用:接受CNC裝置發(fā)出的插補(bǔ)結(jié)果(指令脈沖

3、等)，作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機(jī)（直流、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等）和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給或快速運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的“大腦”數(shù)控機(jī)床的“四肢”，是執(zhí)行“命令”的機(jī)構(gòu)，它是一個(gè)不折不扣的跟隨者。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行伺服系統(tǒng)的組成機(jī)械工程學(xué)院組成伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制轉(zhuǎn)換電路電子電力驅(qū)動(dòng)放大模塊位置調(diào)節(jié)單元速度調(diào)節(jié)單元電流調(diào)節(jié)單元檢測(cè)裝置一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。伺服系統(tǒng)組成單元明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行2.伺服系統(tǒng)的分類（1）按調(diào)節(jié)理論

4、分類機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（2）按驅(qū)動(dòng)部件的動(dòng)作原理分類電液伺服系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)機(jī)械工程學(xué)院（3）按被控對(duì)象分類 進(jìn)給伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行3.伺服系統(tǒng)的基本要求機(jī)械工程學(xué)院高精度 （輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度）穩(wěn)定性好 （抗干擾能力）快速響應(yīng)、無(wú)超調(diào) （系統(tǒng)跟蹤精度）低速大轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬可靠性高 (對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行二、開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路機(jī)械工程學(xué)院電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令插補(bǔ)指令驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)控制單元單元1.開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)組成一般定位精度：0.02m

5、m采用螺距補(bǔ)償和傳動(dòng)間隙補(bǔ)償：0.01mm進(jìn)給速度受限脈沖當(dāng)量為.01mm時(shí)，不超過(guò)5m/min明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行2.步進(jìn)電機(jī)機(jī)械工程學(xué)院步進(jìn)電機(jī)是一種脈沖控制的執(zhí)行元件，可將輸入脈沖轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移。每給步進(jìn)電機(jī)輸入一個(gè)脈沖，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，稱為步距角。機(jī)械執(zhí)行部件A相B相C相f、nCNC插補(bǔ)指令脈沖頻率f脈沖個(gè)數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)電機(jī) 脈沖數(shù)量-位移量； 脈沖頻率-電機(jī)轉(zhuǎn)速； 脈沖順序-方向。對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)關(guān)系明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行運(yùn)動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)平面運(yùn)動(dòng)滾切運(yùn)動(dòng)工作原

6、理反應(yīng)式電磁式永磁式永磁感應(yīng)式工作方式功率式控制式結(jié)構(gòu)單段式（徑向式）多段式（軸向式）印刷繞組式相數(shù)三相式四相式五相式頻率高頻式低頻式2.1步進(jìn)電機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)和工作原理（1）分類機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（2）結(jié)構(gòu)機(jī)械工程學(xué)院步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子由硅鋼片疊成，裝上一定相數(shù)的控制繞組，由環(huán)形分配器送來(lái)的電脈沖對(duì)多相定子繞組輪流進(jìn)行勵(lì)磁。轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子本身沒(méi)有勵(lì)磁繞組的叫做“反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)”；用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子叫做“永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)”。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué)

7、篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（2）結(jié)構(gòu)機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（3）工作原理機(jī)械工程學(xué)院按電磁吸引原理工作（以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的定子上有磁極，每個(gè)磁極上有激磁繞組，轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，有周向均布的齒，依靠磁極對(duì)齒的吸合工作。定子轉(zhuǎn)子定子繞組明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院兩個(gè)相對(duì)的磁極組成一相AB定子轉(zhuǎn)子IAIBIC明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院步進(jìn)電機(jī)的工作方式(通電順序)可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。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

8、序?yàn)椋篈 相 B 相 C 相通電順序也可以為： A 相 C 相 B 相 明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院主要內(nèi)容BACCBA3412A 相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和 AA 對(duì)齊CB 相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對(duì)齊C 相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和C 相軸線對(duì)齊BBACA3412B ACCBA3412明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院三相單三拍的特點(diǎn)：（1）每來(lái)一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 30。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序。（3）每次定子繞組只有一相通電，在切換瞬間失去自鎖轉(zhuǎn)矩，容易產(chǎn)生失步，只有一相繞組產(chǎn)生力矩吸引轉(zhuǎn)子，在平衡位置易產(chǎn)生振蕩 。通電順序?yàn)椋篈A

9、BBBCCCAA 六拍。2）三相六拍工作方式明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院7.2 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)BACCBA3412BACCBA3412BACCBA3412BACCBA3412BACCBA3412BACCBA3412A通電AB通電B通電BC通電CA通電C通電明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院AABBBCCCAA（逆時(shí)針）AACCBCBBAA（順時(shí)針）每步轉(zhuǎn)過(guò)15，步距角是三相三拍工作方式的一半特點(diǎn)：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中始終有一相定子繞組通電，運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。 通電順序3)雙三拍工作方式定子繞組通電順序?yàn)锳BBCCAAB（轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）ACCBBA（轉(zhuǎn)子順時(shí)針

10、旋轉(zhuǎn)）有兩對(duì)磁極同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子的兩對(duì)齒進(jìn)行吸引，每步仍旋轉(zhuǎn)30。特點(diǎn)：始終有一相定子繞組通電，工作比較平穩(wěn)。避免了單三拍通電方式的缺點(diǎn)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院實(shí)際上步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)很多，齒數(shù)與步距角關(guān)系？例如：轉(zhuǎn)子40個(gè)齒，定子仍是 3對(duì)磁極，三相六拍。問(wèn)步距角是多少？5 . 12340360明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院2.2步進(jìn)電機(jī)的主要特性（1）步距角和靜態(tài)步距誤差mzk360 m定子相數(shù)；z轉(zhuǎn)子齒數(shù)；k通電系數(shù)， m相m拍，k1；m相2m拍，k2。 每給一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)角度的理論值。一般很小，如：31.5，1.50.75，0.720.

11、36等明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)步距角的要求不同。一般情況下： 機(jī)械工程學(xué)院mini360sb步距角也可用分辨率表示式中：i傳動(dòng)比 每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的負(fù)載軸的位移增量min即表示每轉(zhuǎn)步進(jìn)了多少明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（2）最大靜轉(zhuǎn)矩機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（3）矩頻特性機(jī)械工程學(xué)院步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出電磁轉(zhuǎn)矩T與連續(xù)運(yùn)行頻率f之間的關(guān)系 。 （衡量電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承載能力的動(dòng)態(tài)性指標(biāo)）。運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性f繞組感抗電流波形穩(wěn)定值T明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（4）啟動(dòng)頻率和連續(xù)運(yùn)行頻率機(jī)械工程學(xué)院 啟動(dòng)頻率fst

12、 是指在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下能夠不丟步地啟動(dòng)的最高脈沖頻率。它的大小和驅(qū)動(dòng)電路和負(fù)載大小有關(guān)，步距角越小，負(fù)載越小，啟動(dòng)頻率越高。 連續(xù)運(yùn)行頻率fc 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)控制脈沖頻率連續(xù)上升時(shí)，能不丟步運(yùn)行的最高頻率。它的值與負(fù)載有關(guān)。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（5）步進(jìn)電機(jī)技術(shù)指標(biāo)實(shí)例機(jī)械工程學(xué)院 步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)表示方法舉例 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（如150BF003） XXX BF XX勵(lì)磁繞組相數(shù)或代號(hào)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)機(jī)外徑（mm）BYG混合式步進(jìn)電機(jī)BY永磁式步進(jìn)電機(jī)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制線路機(jī)械工程學(xué)院 功能：將具有一定頻率f、一定數(shù)量N和方向的

13、進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)各相定子繞組通電、斷電的電平信號(hào)變化頻率、變化次數(shù)和通斷電順序。 驅(qū)動(dòng)控制器主要由環(huán)形脈沖分配器和功率放大器組成。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（1）環(huán)形分配器機(jī)械工程學(xué)院功能 將進(jìn)給脈沖指令轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)定子繞組通、斷電的電平信號(hào)，電平信號(hào)狀態(tài)的改變次數(shù)及順序與進(jìn)給脈沖的個(gè)數(shù)與方向?qū)?yīng)。即將數(shù)控裝置的插補(bǔ)脈沖，按步進(jìn)電機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)的各相輸入端，以控制勵(lì)磁繞組的通、斷電。分類 硬件環(huán)形分配器：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置本身帶有環(huán)形分配器。 軟件環(huán)形分配器：驅(qū)動(dòng)裝置本身無(wú)環(huán)形分配器，環(huán)形分配需要軟件完成。 混合環(huán)形分配器明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤

14、行環(huán)形分配器機(jī)械工程學(xué)院v特點(diǎn)特點(diǎn)：需要專用硬件資源，運(yùn)行效率高。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行軟件環(huán)形分配器 是指完全用軟件的方式進(jìn)行脈沖分配，按照給定的通電換相順序，通過(guò)單片機(jī)的I/O口向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制脈沖的分配器。采用不同的計(jì)算機(jī)及接口器件有不同的形式。機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（2）功率放大器機(jī)械工程學(xué)院對(duì)驅(qū)動(dòng)電路核心要求提高快速性提高平穩(wěn)性功率放大器的輸出直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組，它對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)有很大影響目前國(guó)內(nèi)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路單電壓恒流功率放大電路高低電壓（雙電壓）功率放大電路斬波驅(qū)動(dòng)電路調(diào)頻調(diào)壓功率放大電路明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行1

15、）單電壓恒流功率放大電路機(jī)械工程學(xué)院LCLRR 提速（限流）電阻Rc：改變時(shí)間常數(shù)，提高響應(yīng)速度 續(xù)流二極管D：用于功率晶體管的過(guò)電壓保護(hù) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率低、能耗高，發(fā)熱大、工作穩(wěn)定性差。 應(yīng)用：小功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行這種驅(qū)動(dòng)電路供給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的電壓有兩種：一種是高電壓U1，電壓約為80150V。另一種是低壓U2大約為520V見圖。2）高低電壓（雙電壓）功率放大電路機(jī)械工程學(xué)院在相序輸入信號(hào)IN、IL到來(lái)時(shí)，VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)通，給繞組加上高壓U1，以提高繞組中電流上升率，當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)， VT1關(guān)斷、 VT2仍然導(dǎo)通（tN的脈寬小于tL），則

16、自動(dòng)切換到低壓U2該電路的優(yōu)點(diǎn)是在較寬的頻率范圍內(nèi)有較大的平均電流，能產(chǎn)生較大且穩(wěn)定的平均轉(zhuǎn)距，其缺點(diǎn)是電流波形有谷點(diǎn)，波形如圖。 明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行3）斬波型功率放大機(jī)械工程學(xué)院由于雙電壓驅(qū)動(dòng)電路存在著電流在高低壓連接處出現(xiàn)谷點(diǎn)，造成高頻輸出轉(zhuǎn)矩在谷點(diǎn)下降。為了使勵(lì)磁繞組中的電流維持在額定值附近，提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和效率，所以需要采用斬波驅(qū)動(dòng)電路。輸入信號(hào)若為正脈沖，則VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)通，由于U1電壓較高，繞組回路中又沒(méi)串電阻，所以繞組中電流迅速上升，當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)，由于采樣電阻Re的反饋?zhàn)饔茫?jīng)整形、放大后送至VT1基極，使VT1截止。接著繞組由U2供電，繞組

17、中電流迅速下降，但剛降到額定值以下時(shí)，由于采樣電阻Re的反饋?zhàn)饔茫拐坞娐窡o(wú)信號(hào)輸出，此時(shí)高壓前置放大電路又使VT1導(dǎo)通，電流又上升。如此反復(fù)進(jìn)行，形成一個(gè)在額定電流值上下波動(dòng)呈鋸齒狀的繞組電流波形，近似恒流，其電流波形如圖。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行4）調(diào)頻調(diào)壓功率放大電路機(jī)械工程學(xué)院一般把步進(jìn)電機(jī)的工作頻率分為幾段，每段電壓不同。在理想條件下，保持電動(dòng)機(jī)的力矩不變，則電源電壓應(yīng)隨工作頻率的升高而升高，隨工作頻率的降低而降低。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行2.4提高開環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)精度的措施機(jī)械工程學(xué)院1.傳動(dòng)間隙補(bǔ)償齒輪絲杠提高裝配精度并采取消隙措施明德明德 礪志礪志

18、 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院傳動(dòng)間隙補(bǔ)償示意圖（2）螺距誤差補(bǔ)償明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行三、閉環(huán)伺服系統(tǒng)與反饋比較形式機(jī)械工程學(xué)院較開環(huán)系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)增加檢測(cè)裝置和反饋環(huán)節(jié)較開環(huán)系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)增加檢測(cè)裝置和反饋環(huán)節(jié)分為分為 閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng) 半閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)半閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)1.閉環(huán)伺服系統(tǒng)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院（1）全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)位置控制位置控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與檢測(cè)與反饋單元反饋單元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)

19、插補(bǔ)指令指令實(shí)際實(shí)際位置位置反饋反饋實(shí)際實(shí)際速度速度反饋反饋v閉環(huán)系統(tǒng)通常使用直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)。v全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)。在閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，由速度檢測(cè)元件來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的速度，由位置檢測(cè)元件來(lái)測(cè)量工作臺(tái)的位置，由速度和位置反饋信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)的速度和工作臺(tái)的位置。因此從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量。具有很高的位置控制精度。其定位精度一般為0.0010.003mm。v由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)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(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。v該

20、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(jī)床等。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院（2）半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)位置控制位置控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反檢測(cè)與反饋單元饋單元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令實(shí)際實(shí)際位置位置反饋反饋實(shí)際實(shí)際速度速度反饋反饋v半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)是從驅(qū)動(dòng)裝置(常用伺服電機(jī))或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置， 而是由位置檢測(cè)元件間接測(cè)量工作臺(tái)的位置。由位置反饋信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)的速度。v半閉

21、環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)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。v由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對(duì)這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。v半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，常用光電編碼器、光柵作位置檢測(cè)裝置，以半閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)形式較為普遍。 特點(diǎn)：指令脈沖信號(hào)與位置檢測(cè)裝置的反饋脈沖信號(hào)在比較器中以脈沖數(shù)字的形式進(jìn)行比較。 2.數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué)

22、 篤行篤行（1）脈沖比較式伺服系統(tǒng)的組成主要由以下幾部分構(gòu)成圖所示機(jī)械工程學(xué)院數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)構(gòu)成圖明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（2）脈沖比較式伺服系統(tǒng)工作原理下面以采用光電脈沖編碼器為測(cè)量元件的系統(tǒng)為例說(shuō)明數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)的工作原理。機(jī)械工程學(xué)院反饋脈沖數(shù)/模轉(zhuǎn)換器脈沖處理伺服電機(jī)工作臺(tái)位置檢測(cè)裝置（光電編碼器）伺服放大器位置檢測(cè)信息Pf指令脈沖Pc比較器Pe光電編碼器Pf指令脈沖PcPe=0Pe0PeUa1 Ua2OTNnn0Nn01n02nNn1n2Ua2Ua1UaNNTNnNT12TOn02n01n0Nn2n1nNnN12明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院

23、調(diào)節(jié)磁通（調(diào)磁調(diào)速）不但改變了電機(jī)的理想轉(zhuǎn)速，而且使直流電機(jī)機(jī)械特性變軟，所以調(diào)磁調(diào)速主要用于機(jī)床主軸電機(jī)調(diào)速。 UaNUa1 Ua2OTNnn0Nn01n02nNn1n2Ua2Ua1UaNNTNnNT12TOn02n01n0Nn2n1nNnN12明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行3.直流伺服電機(jī)速度控制單元的調(diào)速控制方式調(diào)速的概念有兩個(gè)方面的含義:1)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速：當(dāng)指令速度變化時(shí),電機(jī)的速度隨之變化,并希望以最快的加減速達(dá)到新的指令速度值；2)當(dāng)指令速度不變化時(shí),電機(jī)的速度保持穩(wěn)定不變。為調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向，需對(duì)直流電壓的大小和方向進(jìn)行控制，如何控制？機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博

24、學(xué)博學(xué) 篤行篤行直流伺服電機(jī)速度控制單元的作用：將轉(zhuǎn)速指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成電樞的電壓值，達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目的。直流電機(jī)速度控制單元常采用的調(diào)速方法： 晶閘管（可控硅）調(diào)速系統(tǒng) 晶體管脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速系統(tǒng)。 機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行（1）晶閘管調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械工程學(xué)院常用于大功率及要求不很高的直流伺服電機(jī)調(diào)速控制。主要內(nèi)容速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器觸發(fā)脈沖發(fā)生器可控硅整流器電流反饋速度反饋電流檢測(cè)編碼器電機(jī)U*n+-UnInI*n+-US 控制回路主回路：可控硅整流放大器：整流、放大、驅(qū)動(dòng)，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。速度環(huán)（PI）：速度調(diào)節(jié)，作用：好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性。電流環(huán)（P或PI）：電流調(diào)節(jié)

25、，作用：系統(tǒng)快速性、穩(wěn)定 性改善。觸發(fā)脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生移相脈沖，使可控硅觸發(fā)角前移或后移。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行主回路由大功率晶閘管構(gòu)成的三相全控橋式反并接可逆電路，分成二大部分（ 和 ），每部分內(nèi)按三相橋式連接，二組反并接，分別實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn) 和反轉(zhuǎn)。機(jī)械工程學(xué)院462791113581210ABCMUMUDKMKM+-各有一個(gè)可控硅同時(shí)導(dǎo)通，形成回路。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院1、3、5在正半周導(dǎo)通， 2、4、6在負(fù)半周導(dǎo)通。每組內(nèi)（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差120，觸發(fā)脈沖的順序：1-2-3-4-5-6，相鄰之間相位差60。為保證合閘后兩個(gè)串聯(lián)可控硅能同

26、時(shí)導(dǎo)通，或已截止的相再次導(dǎo)通，采用雙脈沖控制。即每個(gè)觸發(fā)脈沖在導(dǎo)通60后，再補(bǔ)發(fā)一個(gè)輔助脈沖；也可以采用寬脈沖控制，寬度大于60，小于120。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院 只要改變可控硅觸發(fā)角（即改變導(dǎo)通角），就能改變可控硅的整流輸出電壓，從而改變直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 觸發(fā)脈沖提前，增大整流輸出電壓；觸發(fā)脈沖延后，減小整流輸出電壓。uacbcaba)b)c)d)135 tub246bcatttt1 1 3 3 5 5 1 1 3 3 6 2 2 4 4 6 6 2 2 4 135246120120180601324606056明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程

27、學(xué)院同步信號(hào)方波信號(hào)矩齒波矩齒波與直流電壓疊加 信號(hào)尖脈沖直流電壓控制回路分析明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院1）系統(tǒng)組成：速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器脈寬調(diào)節(jié)脈寬調(diào)節(jié)振蕩器振蕩器脈寬調(diào)節(jié)脈寬調(diào)節(jié)MG電流反饋電流反饋（2）晶體管脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速系統(tǒng)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院控制回路： 速度調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器；固定頻率振蕩器及三角波發(fā)生器；脈寬調(diào)制器和基極驅(qū)動(dòng)電路。 區(qū)別：與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)比較，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié) 器原理一樣。不同的是脈寬調(diào)制器和功率放大器。 脈寬調(diào)制器作用：將電壓量轉(zhuǎn)換成可由控制信號(hào)調(diào)節(jié)的矩形脈沖，為功率晶體管的基極

28、提供一個(gè)寬度可由速度指令信號(hào)調(diào)節(jié)的脈寬電壓。組成：調(diào)制信號(hào)發(fā)生器（三角波和鋸齒波兩種）和比較放大器。原理：以三角波發(fā)生器為例介紹 明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院 2）脈寬調(diào)制器工作原理 利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，加到直流電動(dòng)機(jī)的電樞上；通過(guò)調(diào)整控制方波脈沖寬度來(lái)改變電樞的平均電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行直流脈寬調(diào)調(diào)制的基本原理機(jī)械工程學(xué)院周期不變脈寬脈寬脈寬脈寬平均直流電壓Ut周期不變脈沖寬度正比代表速度脈沖寬度正比代表速度F值的直流電壓值的直流電壓明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院R

29、1+12VUSCR1R3R2+-12VU S rU -USr 速度指令轉(zhuǎn)化過(guò) 來(lái)的直流電壓U- 三角波USC- 脈寬調(diào)制器的輸出（US r+U）調(diào)制波形圖ttU S r +U +U S roo-U S rttUS r為正時(shí)USr為負(fù)時(shí)U S r +U ttUSr為0時(shí)調(diào)制出正負(fù)脈寬一樣方波平均電壓為0調(diào)制出脈寬較寬的波形平均電壓為正調(diào)制出脈寬較窄的波形平均電壓為負(fù)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院結(jié)構(gòu)：有兩種形式：H型（橋式）、T型。每種電路又有單極性工作方式和雙極性工作方式，各種不同的工作方式又可組成可逆開關(guān)放大電路和不可逆開關(guān)放大電路 。3）開關(guān)功率放大器明德明德 礪志礪志

30、 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院3 3） 開關(guān)功率放大器開關(guān)功率放大器主回路：可逆主回路：可逆H型雙極式型雙極式PWM 開關(guān)功率放大器開關(guān)功率放大器電路圖電路圖: 由四個(gè)大功率晶體管由四個(gè)大功率晶體管 （GTR）T 1 、T 2 、T 3 、T4 及四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋及四個(gè)續(xù)流二極管組成的橋 式電路。式電路。H型：型： 又分為雙極式、又分為雙極式、單極式和受限單極式三單極式和受限單極式三種。種。Ub1、 Ub2、Ub3、Ub4 為調(diào)制器輸出，為調(diào)制器輸出，經(jīng)脈沖分配、基極驅(qū)動(dòng)經(jīng)脈沖分配、基極驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的脈沖電壓。轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的脈沖電壓。分別加到分別加到T1 、T2、T3 、T4的基極。的基極

31、。Ub3Ub4Ub1Ub2USABD1D2D3D4MT1T2T4T3tUS -USUdUABOtUb1Ub 4Ub2Ub3OOttt1Tidid1id2id1id2OOOOOt1t3Tt2t3t1Ub1、Ub 4Ub2、Ub 3UdUABidttttid1id1id4id2id3id4id2明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院工作原理：工作原理： T1 和和T4 同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，其基極驅(qū)動(dòng)電壓同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，其基極驅(qū)動(dòng)電壓Ub1= Ub4。T2和和T3同同 時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，基極驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，基極驅(qū)動(dòng)電壓Ub2= Ub3 = Ub1。以正脈沖較寬為例，。以正脈沖較寬為例， 既

32、正轉(zhuǎn)時(shí)。既正轉(zhuǎn)時(shí)。負(fù)載較重時(shí)：負(fù)載較重時(shí)：電動(dòng)狀態(tài)：電動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)當(dāng) 0t t1 時(shí)，時(shí)， Ub1、Ub4為正，為正， T1 和和T4 導(dǎo)通；導(dǎo)通；Ub2、Ub3 為負(fù)，為負(fù)， T2和和T3截止。電機(jī)端電壓截止。電機(jī)端電壓UAB=US，電樞電流電樞電流id= id1，由，由US T1 T4 地。地。續(xù)流維持電動(dòng)狀態(tài)：續(xù)流維持電動(dòng)狀態(tài)：在在 t1 t T 時(shí)，時(shí)， Ub1、Ub4為負(fù)，為負(fù)， T1 和和T4截止；截止； Ub2、Ub3 變正，但變正，但T2和和T3并不能立即導(dǎo)通，因?yàn)樵诓⒉荒芰⒓磳?dǎo)通，因?yàn)樵陔姌须姼袃?chǔ)能的電樞電感儲(chǔ)能的 作用下作用下，電樞電流電樞電流id= id2，由，由D2 D3

33、續(xù)流，在續(xù)流，在D2、 D3 上的壓降使上的壓降使T2 、 T3的的c-e極承受反壓不能導(dǎo)通。極承受反壓不能導(dǎo)通。 UAB=-US。接著再變到接著再變到電動(dòng)狀態(tài)、續(xù)流維持電動(dòng)狀態(tài)、續(xù)流維持電動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)狀態(tài)反復(fù)進(jìn)行，如上面左圖。反復(fù)進(jìn)行，如上面左圖。 負(fù)載較輕時(shí)：負(fù)載較輕時(shí)： 反接制動(dòng)狀態(tài)，電流反向：反接制動(dòng)狀態(tài)，電流反向： 狀態(tài)中，在負(fù)載較輕時(shí)，則狀態(tài)中，在負(fù)載較輕時(shí)，則id小，小，續(xù)流續(xù)流 電流很快衰減到零，即電流很快衰減到零，即t =t2 時(shí)時(shí)（見上面右圖見上面右圖），），id=0。在在t2 T 區(qū)段區(qū)段， T2 、T3 在在US 和反電動(dòng)勢(shì)和反電動(dòng)勢(shì)E的共同作用下的共同作用下導(dǎo)通導(dǎo)通，電

34、樞電流反向，電樞電流反向，id= id3 由由US T3 T2 地。電機(jī)處于地。電機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)。反接制動(dòng)狀態(tài)。 電樞電感儲(chǔ)能維持電流反向：電樞電感儲(chǔ)能維持電流反向：在在T t3區(qū)段時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖極性改變，區(qū)段時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖極性改變， T2 、T3截止，因截止，因電樞電感維持電流，電樞電感維持電流， id= id4，由，由D4 D1。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止：電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止： 由正、負(fù)由正、負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬窄而定。驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬窄而定。 當(dāng)當(dāng)正正脈沖較寬時(shí)，既脈沖較寬時(shí)，既t1 T/2，平均電壓為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；平均電壓為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)； 當(dāng)當(dāng)正

35、正脈沖較窄時(shí)，既脈沖較窄時(shí)，既t1 T/2 ，平均電壓為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；平均電壓為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)； 如果正、負(fù)如果正、負(fù)脈沖寬度相等，脈沖寬度相等，t1=T/2 ，平均電壓為零，電機(jī)停轉(zhuǎn)。平均電壓為零，電機(jī)停轉(zhuǎn)。電機(jī)速度的改變：電機(jī)速度的改變： 電樞上的電樞上的平均平均電壓電壓UAB越大，轉(zhuǎn)速越高。它是由越大，轉(zhuǎn)速越高。它是由驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬度驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬度 決定的。決定的。雙極性：雙極性：由以上分析表明：由以上分析表明：可逆可逆H型雙極式型雙極式PWM開關(guān)功率放大器，無(wú)論負(fù)載是重還是輕、電機(jī)開關(guān)功率放大器，無(wú)論負(fù)載是重還是輕、電機(jī)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，加在電樞上的電壓極性在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，都在是正轉(zhuǎn)還

36、是反轉(zhuǎn)，加在電樞上的電壓極性在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，都在US和和 US之間變換一次，故稱為雙極性。之間變換一次，故稱為雙極性。 明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院4）PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)頻帶寬、頻率高: 晶體管“結(jié)電容”小，開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于可控（50Hz)，可達(dá)2-10KHz。快速性好電流脈動(dòng)小 由于PWM調(diào)制頻率高，電機(jī)負(fù)載成感性對(duì)電流脈動(dòng)由平滑作用，波形系數(shù)接近于1。電源的功率因數(shù)高: SCR系統(tǒng)由于導(dǎo)通角的影響，使交流電源的波形畸 變、高次諧波的干擾，降低了電源功率因數(shù)。 PWM系統(tǒng)的直流電源為不受控的整流輸出，功率因數(shù)高。動(dòng)態(tài)硬度好 校正瞬態(tài)負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)，頻帶寬，動(dòng)態(tài)硬度高。

37、明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院 近年來(lái)交流電機(jī)飛速發(fā)展，克服了直流電機(jī)結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。因此，某些場(chǎng)合交流伺服電機(jī)已逐漸取代直流伺服電機(jī)。 1 電刷和換向有磨損，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花2 換向器由多種材料制成，制作工藝復(fù)雜3 電機(jī)最高速度受限制4 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高6）直流電機(jī)缺點(diǎn)：明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院五、交流伺服電機(jī)與主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)五、交流伺服電機(jī)與主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)永磁同步型（ SM 型） 異步感應(yīng)型（ IM 型）AC 伺服電機(jī)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，體積 較小，重量較輕，沒(méi)有整流子機(jī)械換向，所以遠(yuǎn)比

38、 DC 伺服電機(jī)便于維護(hù)。但速度的控制方法比 DC 伺服電機(jī)要復(fù)雜的多，對(duì)控制元件的容量及速度的要求也很高。 交流伺服電機(jī)用三相正弦電流驅(qū)動(dòng)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院永磁式同步電機(jī)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠效率高；缺點(diǎn)：體積大、啟動(dòng)特性欠佳。與直流電機(jī)比：外形尺寸、重量、轉(zhuǎn)子慣量大幅減小與異步交流伺服電機(jī)相比：效率高、體積小。故數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多采用永磁式同步電機(jī)。異步型交流伺服電機(jī)與同容量的直流電機(jī)相比：優(yōu)點(diǎn)：重量輕，價(jià)格便宜；缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)速受負(fù)載的變化影響較大，不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速，故異步型交流伺服電機(jī)用在主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤

39、行篤行機(jī)械工程學(xué)院VSVS脈沖編碼器轉(zhuǎn)子定子接線盒定子三相繞組1永磁式交流同步電機(jī)結(jié)構(gòu)：電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和檢測(cè)元件組成明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院2.永磁式交流同步電機(jī)工作原理和性能nrns60f1p ns同步轉(zhuǎn)速， 轉(zhuǎn)子磁極的軸線與定子磁極的軸線夾角，nr轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，f1交流電源頻率（定子供電頻率），p定子和轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù) nSNns nr S明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行永磁交流同步伺服電機(jī)的性能與直流伺服電機(jī)一樣，也用特性曲線和數(shù)據(jù)來(lái)表示。最主要的是轉(zhuǎn)矩-速度特性曲線。在連續(xù)工作區(qū)（區(qū)），速度和轉(zhuǎn)矩的任何組合

40、，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。連續(xù)工作區(qū)劃定的條件有兩個(gè)：一是供給電機(jī)的電流是理想的正弦波；二是電機(jī)工作在某一特定溫度下。斷續(xù)工作區(qū)（區(qū)）的范圍更大，尤其在高速區(qū)，這有利于提高電機(jī)的加、減速能力。機(jī)械工程學(xué)院T（N-cm） 120001000080006000400020000100020003000 特性曲線明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院主要內(nèi)容（1）交流主軸電機(jī) 定子三相繞組通三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)體，導(dǎo)體感應(yīng)電流與定子磁場(chǎng)相作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速nr為 )1 (60)1 (1spfsnnsr ns同步轉(zhuǎn)速f1

41、交流電源頻率（定子供電頻率）s轉(zhuǎn)差率，s=( nsnr)/ nsp極對(duì)數(shù)異步電機(jī)異步電機(jī) 變頻變頻 用于籠型電機(jī)用于籠型電機(jī) 調(diào)壓（定子電壓）調(diào)壓（定子電壓） 電磁磚差離合器電磁磚差離合器 調(diào)阻（轉(zhuǎn)子電組）調(diào)阻（轉(zhuǎn)子電組） 串級(jí)調(diào)速串級(jí)調(diào)速 交交直直交交 交交交交變轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)差率差率變頻變頻變極對(duì)數(shù)變極對(duì)數(shù)同步電機(jī)同步電機(jī)交流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)由此可知調(diào)速方法：由此可知調(diào)速方法：明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院整流器:把交流電變?yōu)楣潭ǖ幕蚩烧{(diào)的直流電;逆變器:把固定的直流電變?yōu)楣潭ǖ幕蚩烧{(diào)的交流電;斬波器:把固定的直流電壓變?yōu)榭烧{(diào)的直流電壓. 利用可控硅整流器直接將工頻交流電（頻率

42、50Hz）變成頻率較低的脈動(dòng)交流電，正組輸出正脈沖，反組輸出負(fù)脈沖，脈動(dòng)交流電的基波是所需的變頻電壓。該方法所得的交流電波動(dòng)比較大，且最大頻率即為變頻器輸入的工頻電壓頻率。交交變頻：明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院M負(fù)載反組濾波逆變整流正組交流輸入+-(a)(b)CVDU050Hz50Hz交流電機(jī)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院M負(fù)載反組濾波逆變整流正組交流輸入+-(a)(b)CVDU050Hz50Hz交流電機(jī)交直交變頻：先將交流電整流成直流電，然后將直流電壓變成矩形脈沖波電壓，矩形脈沖波的基波是所需的變頻電壓。該調(diào)頻方式所得交流電的波動(dòng)小，調(diào)頻范圍比較寬，

43、調(diào)節(jié)線性度好。明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院數(shù)控機(jī)床常采用交直交變頻調(diào)速。在交直交變頻中：根據(jù)中間直流電壓是否可調(diào)分：中間直流電壓可調(diào)PWM逆變器、中間直流電壓固定的PWM逆變器；根據(jù)中間直流電路儲(chǔ)能元件是大電容還是大電感分：電壓型逆變器、電流型逆變器SPWM（正弦波PWM）變頻器是目前應(yīng)用最廣、最基本的一種交直交型電壓型變頻器，在交流調(diào)速系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。 明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院SPWM變壓變頻器調(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。等效原理：把正弦波分成n等分，每一區(qū)間面積用與其相等的等幅不等寬的矩形面積代替。正弦波的正負(fù)半周均如此處理。uttuOOa)b)明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院SPWM控制波的生成:正弦波三角波調(diào)制Q：電壓比較器UR：由指令脈沖轉(zhuǎn)換來(lái)的,正弦控制波。U ：三角波發(fā)生器Q+-URUUP電路原理示意圖 明德明德 礪志礪志 博學(xué)博學(xué) 篤行篤行機(jī)械工程學(xué)院主要內(nèi)容UAUBU0AU0BU0C三相正弦控制信號(hào)三角波發(fā)生器SPWMASPWMBSPWMC驅(qū)動(dòng)VT1VT6+UC+-123UUB1UB2UB3UB4UB5UB6LdVT1VT4VT3VT5VT6VT2三相交流電整