數(shù)控原理檢測(cè)元件培訓(xùn)資料

CH4進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制內(nèi)容提要：介紹數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置。主要開環(huán)、半閉環(huán)、全閉環(huán)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分及其進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制的原理與特性。輸入輸出裝置

數(shù)控裝置

伺服系統(tǒng)

機(jī)床電器控制裝置機(jī)床本體知識(shí)準(zhǔn)備

伺服（Servo）系統(tǒng)又叫隨動(dòng)系統(tǒng)，是一種能夠跟隨指令信號(hào)的變化而動(dòng)作的自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是以機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的。？？什么是伺服系統(tǒng)

在數(shù)控機(jī)床中，CNC裝置是發(fā)布命令的“大腦”，而伺服系統(tǒng)則是數(shù)控機(jī)床的“四肢”，是一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行來(lái)自CNC裝置的運(yùn)動(dòng)指令。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電動(dòng)機(jī)、位置檢測(cè)裝置等組成。將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，拖動(dòng)機(jī)械部件移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。主要內(nèi)容§1概述§2開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制§3閉環(huán)及半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制及特性分析§4

位置檢測(cè)裝置§1概述

開環(huán)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置半閉環(huán)閉環(huán)全閉環(huán)1．開環(huán)伺服系統(tǒng)2．半閉環(huán)伺服系統(tǒng)3．閉環(huán)伺服系統(tǒng)

§2開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制伺服控制驅(qū)動(dòng)單元+步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

——開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)控制原理圖電機(jī)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)進(jìn)電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)步進(jìn)進(jìn)電電機(jī)機(jī)的的外外觀觀圖圖步進(jìn)進(jìn)電電機(jī)機(jī)的的內(nèi)內(nèi)部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖一、、反反應(yīng)應(yīng)式式步步進(jìn)進(jìn)電電機(jī)機(jī)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)二．．步步進(jìn)進(jìn)電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)的的工工作作原原理理給A相繞繞組組通通電電時(shí)時(shí)，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子位位置置如如圖圖，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子齒齒偏偏離離定定子子齒齒一一個(gè)個(gè)角角度度。。由于于勵(lì)勵(lì)磁磁磁磁通通力力圖圖沿沿磁磁阻阻最最小小路路徑徑通通過(guò)過(guò)，，因因此此對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子產(chǎn)產(chǎn)生生電電磁磁吸吸力力，，迫迫使使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子齒齒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)；；當(dāng)轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)到到與定定子齒齒對(duì)齊齊位置置時(shí)，，因轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子只只受徑徑向力力而無(wú)無(wú)切線線力，，故轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為為零，，轉(zhuǎn)子子被鎖鎖定在在這個(gè)個(gè)位置置上。。由此可可見：：錯(cuò)齒是助使使步進(jìn)進(jìn)電機(jī)機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的根根本原原因。。二、步步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)機(jī)的工工作原原理一拍從一次次通電電到另另一次次通電電。步距角角每一拍拍轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)的角角度。。運(yùn)行方方式1．通電電方式式的分分析1423142314231423U1U2V1V2W2W11）m相單m拍運(yùn)行行（三三相單單三拍拍運(yùn)行行）通電順順序：：U相→V相→W相→U相。①U相通電電1423U1U2V1V2W2W11423②V相通電電U1U2V1V2W2W1③W相通電電14231423一步兩步三步※步距角角：θ=30°°河南工工業(yè)大大學(xué)電電氣工工程學(xué)學(xué)院2）m相雙m拍運(yùn)行行（三三相雙雙三拍拍運(yùn)行行）通電順順序：：UV相→VW相→WU相。1423U1U2V1V2W2W1①UV相通電電14231423U1U2V1V2W2W1②VW相通電電14231423U1U2V1V2W2W1③WU相通電電1423※步距角角：θ=30°°142314233）m相單－－雙2m拍運(yùn)行行(三相單單－雙雙六拍拍運(yùn)行行）通電順順序：：U→UV→→V→VW→→W→→WU→→U。1423U1U2V1V2W2W111423U1U2V1V2W2W121423U1U2V1V2W2W131423U1U2V1V2W2W141423U1U2V1V2W2W151423U1U2V1V2W2W161423※步距角角：θ=15°°步距角角θ步進(jìn)電電機(jī)定定子繞繞組的的通電電狀態(tài)態(tài)每改改變一一次，，其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)一一確定定的角角度為為步距距角。。步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)機(jī)的步步距角角公式式：θ=360°/ZmKm步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)機(jī)的相相數(shù)Z步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子子的齒齒數(shù)K步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)機(jī)通電電方式式單單拍為為1雙拍為為2三、步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)機(jī)的運(yùn)運(yùn)行特特性1．步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)的的靜態(tài)態(tài)特性性當(dāng)步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)一一相或或幾相相通入入恒定定不變變的直直流電電流時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子將將固定定在某某一位位置上上保持持不動(dòng)動(dòng)，這這一狀狀態(tài)稱稱為靜靜止?fàn)顮顟B(tài)。。規(guī)定定定子、、轉(zhuǎn)子子齒軸軸線重重合的的位置置為靜靜態(tài)空空載情情況下下的初初始穩(wěn)穩(wěn)定平平衡位位置，，轉(zhuǎn)子子偏離離初始始穩(wěn)定定平衡衡位置置的電電角度度稱為為失調(diào)調(diào)角。。在靜靜止?fàn)顮顟B(tài)下下，電電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與與失調(diào)調(diào)角之之間的的函數(shù)數(shù)關(guān)系系稱為為步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)的的矩角角特性性。1．步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)的的靜態(tài)態(tài)特性性2．步進(jìn)進(jìn)運(yùn)行行狀態(tài)態(tài)當(dāng)接入入控制制繞組組的脈脈沖頻頻率較較低，，電動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子完完成一一步之之后，，下一一個(gè)脈脈沖才才到來(lái)來(lái)，則則電動(dòng)動(dòng)機(jī)呈呈現(xiàn)出出一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一停停的狀狀態(tài)，，稱此此狀態(tài)態(tài)為步步進(jìn)運(yùn)運(yùn)行狀狀態(tài)。。3．連續(xù)續(xù)運(yùn)行行狀態(tài)態(tài)當(dāng)脈沖沖頻率率f較高時(shí)時(shí)，電電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子子未停停止而而下一一個(gè)脈脈沖已已經(jīng)到到來(lái)，，此時(shí)時(shí)步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)已已經(jīng)不不是一一步一一步地地轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，而而是呈呈連續(xù)續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)狀態(tài)態(tài)。圖4-26步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)機(jī)的矩矩頻特特性4.步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)機(jī)的主主要性性能指指標(biāo)1）步距距角步距角角是步步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)機(jī)的主主要性性能指指標(biāo)之之一。。不同同的應(yīng)應(yīng)用場(chǎng)場(chǎng)合，，對(duì)步步距角角大小小的要要求不不同。。2）靜態(tài)態(tài)步距距角誤誤差即實(shí)際際的步步距角角同理理論的的步距距角之之間的的差值值。常常用理理論步步距角角的百百分?jǐn)?shù)數(shù)或絕絕對(duì)值值來(lái)衡衡量。。3）最大大靜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩指步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)在在規(guī)定定的通通電相相數(shù)下下矩角角特性性上的的轉(zhuǎn)矩矩最大大值。。通常常技術(shù)術(shù)數(shù)據(jù)據(jù)中所所規(guī)定定的最最大靜靜轉(zhuǎn)矩矩是指指一相相繞組組通上上額定定電流流時(shí)的的最大大轉(zhuǎn)矩矩值。。4）啟動(dòng)動(dòng)頻率率和啟啟動(dòng)矩矩頻特特性啟動(dòng)頻頻率是是能夠夠使步步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)機(jī)由靜靜止定定位狀狀態(tài)不不失步步地啟啟動(dòng)，，并進(jìn)進(jìn)入正正常運(yùn)運(yùn)行的的控制制脈沖沖最高高頻率率，又又稱突突跳頻頻率。。5）運(yùn)行頻頻率和運(yùn)運(yùn)行矩頻頻特性運(yùn)行頻率率是指步步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)動(dòng)后，在在控制脈脈沖頻率率連續(xù)上上升時(shí)，，能維持持不失步步運(yùn)行的的最高頻頻率。通通常給出出的也是是空載情情況下的的運(yùn)行頻頻率。6）額定電電流和額額定電壓壓額定電流流是指電電動(dòng)機(jī)靜靜止時(shí)每每相繞組組允許通通過(guò)的最最大電流流。額定定電壓是是指驅(qū)動(dòng)動(dòng)電源提提供的直直流電壓壓。5.步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)的選選擇1．步距角角的選擇擇電動(dòng)機(jī)的的步距角角取決于于負(fù)載精精度的要要求?？煽蓪⒇?fù)載載的最小小分辨率率換算到到電動(dòng)機(jī)機(jī)軸上，，看看每每個(gè)當(dāng)量量電動(dòng)機(jī)機(jī)應(yīng)走多多少角度度，電動(dòng)動(dòng)機(jī)的步步距角應(yīng)應(yīng)等于或或小于此此角度。。2．靜力矩矩的選擇擇靜力矩選選擇的依依據(jù)是電電動(dòng)機(jī)工工作的負(fù)負(fù)載，而而負(fù)載可可分為慣慣性負(fù)載載和摩擦擦負(fù)載兩兩種。一一般情況況下，靜靜力矩應(yīng)應(yīng)在摩擦擦負(fù)載的的2-3倍內(nèi)為好好，靜力力矩一旦旦選定，，電動(dòng)機(jī)機(jī)的機(jī)座座及長(zhǎng)度度便能確確定下來(lái)來(lái)。3．電流的的選擇對(duì)于對(duì)于于靜力矩矩一樣的的電動(dòng)機(jī)機(jī)，因電電流參數(shù)數(shù)不同，，所以其其運(yùn)行特特性差別別很大。?？梢罁?jù)據(jù)矩頻特特性曲線線圖來(lái)判判斷電動(dòng)動(dòng)機(jī)的電電流。二、開環(huán)環(huán)系統(tǒng)控控制原理理步進(jìn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)機(jī)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路變頻頻信號(hào)源源脈沖沖分配器器功率率放大器器步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)指令1、工作臺(tái)臺(tái)位移量量的控制制進(jìn)給脈沖沖的數(shù)量量N定子繞組組通電狀狀態(tài)改變變次數(shù)N步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子子角位移移Ψ機(jī)床工作作臺(tái)位移移量L步進(jìn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的的脈沖當(dāng)當(dāng)量為：：δ=———步進(jìn)電機(jī)機(jī)的步距距角滾珠絲杠杠螺距(mm)齒輪的減減速比θh360i例1：設(shè)某數(shù)控控系統(tǒng)的的脈沖當(dāng)當(dāng)量為0.005mm，步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)步步距角為為0.75°，滾珠絲絲杠的螺螺距為4mm,試求減速速箱的傳傳動(dòng)比。。2、工作臺(tái)臺(tái)速度的的控制進(jìn)給脈沖沖頻率f定子繞組組通電/斷電狀態(tài)態(tài)的變化化頻率f步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速ω工作臺(tái)的的進(jìn)給速速度v步進(jìn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的的進(jìn)給速速度v=60δfmm/min脈沖/s例2：設(shè)步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子有有80個(gè)齒，采采用三相相六拍驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式式，與滾滾珠絲杠杠直連，，工作臺(tái)臺(tái)作直線線運(yùn)動(dòng)。。絲杠螺螺距為5mm，工作臺(tái)臺(tái)的最大大移動(dòng)速速度為6mm/s,求：（1）步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)的的步距角角θ（2）系統(tǒng)的的脈沖當(dāng)當(dāng)量δ（3）步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)的的最高工工作頻率率f3、工作臺(tái)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方方向的控控制改變步進(jìn)進(jìn)電機(jī)輸輸入脈沖沖信號(hào)的的循環(huán)順順序方向向改變步進(jìn)進(jìn)電機(jī)定定子繞組組中電流流的通斷斷循環(huán)順順序步進(jìn)電機(jī)機(jī)實(shí)現(xiàn)正正轉(zhuǎn)和反反轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)進(jìn)給方向向改變知識(shí)回顧顧開環(huán)、半半閉環(huán)以以及全閉閉環(huán)的區(qū)區(qū)別CNC步進(jìn)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)開環(huán)進(jìn)給給伺服系系統(tǒng)的構(gòu)構(gòu)成三、步進(jìn)進(jìn)驅(qū)動(dòng)系系統(tǒng)與數(shù)數(shù)控裝置置的連接接數(shù)控裝置Z軸步進(jìn)驅(qū)驅(qū)動(dòng)信號(hào)動(dòng)力Z軸步進(jìn)驅(qū)驅(qū)動(dòng)信號(hào)動(dòng)力X軸步進(jìn)驅(qū)驅(qū)動(dòng)信號(hào)動(dòng)力主軸控制制單元或或變頻器器信號(hào)動(dòng)力反饋主軸編碼碼器主軸電機(jī)機(jī)Z軸電機(jī)X軸電機(jī)電源變壓壓器四、步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)的控制制1、步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)控制制電路2.環(huán)形脈沖沖分配器器環(huán)形脈沖沖分配器器用來(lái)控控制步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)的運(yùn)行行通電方方式。三相三拍拍環(huán)形脈脈沖分配配1）硬件件脈沖分分配器硬件脈沖沖分配器器由邏輯輯門電路路和觸發(fā)發(fā)器構(gòu)成成。三相六拍拍脈沖分分配器輸輸出真值值表圖三三相六拍拍脈沖分分配器上圖所示示為三相相六拍環(huán)環(huán)形脈沖沖分配器器原理圖圖，當(dāng)當(dāng)X＝“1”時(shí)，每每來(lái)一個(gè)個(gè)脈沖(CP)則電動(dòng)機(jī)機(jī)正轉(zhuǎn)一一步，分分配順順序?yàn)锳→AB→B→→BC→→C→CA→A；當(dāng)X=“0”時(shí)，每每來(lái)一個(gè)個(gè)脈沖（（CP）則電動(dòng)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一步，，分配配順序?yàn)闉锳→AC→C→→CB→→B→BA→A。輸出出狀態(tài)真真值表如如表所所示。圖CH250實(shí)現(xiàn)的脈脈沖分配配電路三相雙三三拍三相六拍拍2）軟件件脈沖分分配為了提高高脈沖分分配器的的靈活性性，也也可用軟軟件來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)形形脈沖分分配。下下圖所所示為89C51單片機(jī)與與步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)電路路的接口口框圖。。圖單單片機(jī)控控制的三三相步進(jìn)進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)電電路框圖圖3、驅(qū)動(dòng)放放大電路路作用：將將環(huán)形分分配器發(fā)發(fā)出的TTL電平信號(hào)號(hào)放大至至幾安培培到十幾幾安培的的電流，，送至步步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)的各各繞組。。控制電路路：?jiǎn)坞婋妷汉?jiǎn)單單驅(qū)動(dòng)、、高低壓壓切換驅(qū)驅(qū)動(dòng)、高高壓恒流流斬波、、調(diào)頻調(diào)調(diào)壓、細(xì)細(xì)分驅(qū)動(dòng)動(dòng)等。

前置放大單電壓簡(jiǎn)簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)動(dòng)3、驅(qū)動(dòng)放放大電路路特點(diǎn)：通過(guò)提高高驅(qū)動(dòng)電電壓加速速電流的的上升，，通過(guò)串串聯(lián)大功功率電阻阻限制穩(wěn)穩(wěn)態(tài)電流流。但驅(qū)動(dòng)電電路體積積大，發(fā)發(fā)熱嚴(yán)重重。單穩(wěn)延時(shí)前置放大前置放大高低壓驅(qū)驅(qū)動(dòng)原理理3、驅(qū)動(dòng)放放大電路路特點(diǎn)：高壓充電電，低壓壓維持。。4、細(xì)分驅(qū)驅(qū)動(dòng)將一個(gè)步步距角細(xì)細(xì)分成若若干點(diǎn)步步的驅(qū)動(dòng)動(dòng)方式稱稱細(xì)分驅(qū)驅(qū)動(dòng)。特點(diǎn)：在在不改動(dòng)動(dòng)電動(dòng)機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)參參數(shù)的情情況下，，使步距距角減小小。要實(shí)現(xiàn)細(xì)細(xì)分，需需將繞組組中的矩矩形電流流波改成成階梯電電流波。。細(xì)分電流流波形五、步步進(jìn)電動(dòng)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝裝置應(yīng)用用實(shí)例§3閉環(huán)數(shù)控控系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)動(dòng)的控制制一、閉環(huán)環(huán)位置控控制系統(tǒng)統(tǒng)1、概念2、閉環(huán)位位置控制制的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)半閉環(huán)數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的位置置采樣點(diǎn)點(diǎn)如圖所所示，是是從驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置(常用伺服服電機(jī))或絲杠引引出，采采樣旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角度進(jìn)進(jìn)行檢測(cè)測(cè)，不是是直接檢檢測(cè)運(yùn)動(dòng)動(dòng)部件的的實(shí)際位位置。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋全閉環(huán)數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的位置置采樣點(diǎn)點(diǎn)如圖的的虛線所所示，直直接對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)部件件的實(shí)際際位置進(jìn)進(jìn)行檢測(cè)測(cè)。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋3、執(zhí)行元元件直流伺服服電機(jī)交流伺服服電機(jī)二、位置置控制回回路的結(jié)結(jié)構(gòu)分析析位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元位置控制單元速度控制單元++--電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)指令實(shí)際位置反饋實(shí)際速度反饋閉環(huán)進(jìn)給給位置控控制系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)框框圖1、系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)2.閉環(huán)進(jìn)給給位置控控制系統(tǒng)統(tǒng)的數(shù)學(xué)學(xué)模型閉環(huán)進(jìn)給給位置控控制系統(tǒng)統(tǒng)的數(shù)學(xué)學(xué)模型3.數(shù)學(xué)模型型的構(gòu)成成（1）跟隨隨誤差E。跟隨誤差差E實(shí)際上就就是指令令位置Xi與實(shí)際位位置Xf的差值。。（2）開環(huán)環(huán)增益KK為整個(gè)系系統(tǒng)的開開環(huán)增益益，K=KvKdaKmKa（1/s）（3）傳遞函數(shù)數(shù)式中，ξp、ωp為二階系統(tǒng)統(tǒng)阻尼比和和自然振蕩蕩角頻率，，τ為死區(qū)延時(shí)時(shí)時(shí)間常數(shù)數(shù)。當(dāng)忽忽略死區(qū)特特性的影響響時(shí)，可可簡(jiǎn)化為一般情況下下，為使使進(jìn)給系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定，把把伺服驅(qū)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)調(diào)整在臨界界阻尼（ξp≈1）附近，超超調(diào)量較較小，可可近似看作作一階慣性性環(huán)節(jié)，從從而可將將傳遞函數(shù)數(shù)進(jìn)一步簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為式中，K為開環(huán)增益益，T為時(shí)間常數(shù)數(shù)。（4）積分環(huán)環(huán)節(jié)描述了了伺服驅(qū)動(dòng)動(dòng)輸出的速速度量經(jīng)位位置反饋計(jì)計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換成成為位置量量的過(guò)程。。（5）間隙隙非線性環(huán)環(huán)節(jié)描述了了典型的機(jī)機(jī)械傳動(dòng)反反轉(zhuǎn)間隙對(duì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的影響。。（6）最后一一個(gè)環(huán)節(jié)描描述了機(jī)械械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)學(xué)模型。知識(shí)回顧數(shù)控裝置Z軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)信號(hào)動(dòng)力Z軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)信號(hào)動(dòng)力X軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)信號(hào)動(dòng)力主軸控制單單元或變頻頻器信號(hào)動(dòng)力反饋主軸編碼器器主軸電機(jī)Z軸電機(jī)X軸電機(jī)電源變壓器器知識(shí)回顧閉環(huán)伺服系系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)閉環(huán)進(jìn)給控控制系統(tǒng)的的數(shù)學(xué)模型型§4位置檢測(cè)裝裝置一、概述1、組成：位置測(cè)量裝裝置是由檢檢測(cè)元件（（傳感器））和信號(hào)處處理裝置組組成的。2、作用：實(shí)時(shí)測(cè)量執(zhí)執(zhí)行部件的的位移和速速度信號(hào)，，并變換成成位置控制制單元所要要求的信號(hào)號(hào)形式，將將運(yùn)動(dòng)部件件現(xiàn)實(shí)位置置反饋到位位置控制單單元，以實(shí)實(shí)施閉環(huán)控控制。分辨率：所所能測(cè)量的的最小位移移量。一、概述3、直接測(cè)量量和間接測(cè)測(cè)量位置傳感器器有直線式式和旋轉(zhuǎn)式式兩大類。。若位置傳傳感器所測(cè)測(cè)量的對(duì)象象就是被測(cè)測(cè)量本身，，即用直線線式傳感器器測(cè)直線位位移，用旋旋轉(zhuǎn)式傳感感器測(cè)角位位移，則該該測(cè)量方式式為直接測(cè)測(cè)量。若旋轉(zhuǎn)式位位置傳感器器測(cè)量的回回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只只是中間值值，再由它它推算出與與之關(guān)聯(lián)的的移動(dòng)部件件的直線位位移，則該該測(cè)量方式式為間接測(cè)測(cè)量。。間接測(cè)量示示例工作臺(tái)絲杠編碼器步進(jìn)電機(jī)一、概述直接測(cè)量示示例一、概述光柵§4位置檢測(cè)裝裝置二、具體的的檢測(cè)裝置置光柵脈沖編碼器器感應(yīng)同步器器4.2.1光柵直線光柵（（即長(zhǎng)光柵柵）①玻璃透透射光柵②金屬反反射光柵圓光柵a透光b不透光光柵檢測(cè)裝裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)直線透射光光柵直線反射式式光柵透射式圓光光柵固定光柵檢測(cè)裝裝置基本結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖圖直線透射光光柵1、組成什么是光柵柵？由大量等寬寬等間距的的平行狹縫縫組成的光光學(xué)器件abW光柵柵距或光柵常數(shù)2、工作原理理W條紋間距W條紋間距光電元件W如何測(cè)量微微小位移量量？光電元件光電元件感感受的光強(qiáng)強(qiáng)變化是否否明顯？β莫爾現(xiàn)象演演示條紋位置置方向不同同條紋運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向不同同βLβWL3、莫爾條紋紋的特點(diǎn)點(diǎn)（1）放大L=W/sinβ條紋間距距大大增增加2）平均效效應(yīng)莫爾條紋紋是由若若干條線線紋共同同形成的的，對(duì)個(gè)個(gè)別光柵柵線紋之之間的誤誤差具有有平均效效應(yīng)，能能消除柵柵距不均均勻所造造成的影影響。3）移動(dòng)規(guī)規(guī)律光柵相對(duì)對(duì)移動(dòng)一一個(gè)W，莫爾條條紋移動(dòng)動(dòng)一個(gè)B，當(dāng)光柵柵移動(dòng)方方向變化化時(shí)，莫莫爾條紋紋的移動(dòng)動(dòng)方向也也變化。。分辨力=W=1/50=0.02mm=20m放大倍數(shù)數(shù)≈1/θ=1/(1.8×3.14/180)≈≈31.83莫爾爾條條紋紋的的寬寬度度L=W/θθ≈≈0.637mm例：：一直直線線光光柵柵，，每每毫毫米米刻刻線線數(shù)數(shù)為為50，主主光光柵柵與與指指示示光光柵柵的的夾夾角角β=1.8，分分辨辨力力、、放放大大倍倍數(shù)數(shù)、、莫莫爾爾條條紋紋的的寬寬度度分分別別為為多多少少？？AB4、光光柵柵在在數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床中中的的應(yīng)應(yīng)用用1.工作作臺(tái)臺(tái)移移動(dòng)動(dòng)位位移移的的檢檢測(cè)測(cè)B→W，可可計(jì)計(jì)算算出出位位移移x。2.工作作臺(tái)臺(tái)移移動(dòng)動(dòng)速速度度的的檢檢測(cè)測(cè)根據(jù)據(jù)光光強(qiáng)強(qiáng)的的變變化化頻頻率率可可推推斷斷出出兩兩光光柵柵尺尺的的相相對(duì)對(duì)位位移移速速度度。。3.工作作臺(tái)臺(tái)移移動(dòng)動(dòng)方方向向的的檢檢測(cè)測(cè)測(cè)量量通通過(guò)過(guò)A與B的莫爾爾條條紋紋相相位位超超前前滯滯后后關(guān)關(guān)系系，，可判判斷斷出出移移動(dòng)動(dòng)方方向向。。光柵柵尺尺及及數(shù)數(shù)顯顯表表尺身身尺身身安安裝裝孔孔反射射式式掃掃描描頭頭（與與移移動(dòng)動(dòng)部部件件固固定定））掃描描頭頭安安裝裝孔孔可移移動(dòng)動(dòng)電電纜纜防塵塵保保護(hù)護(hù)罩罩的的內(nèi)內(nèi)部部為為長(zhǎng)長(zhǎng)光光柵柵掃描描頭頭（與與移移動(dòng)動(dòng)部部件件固固定定））光柵柵尺尺可移移動(dòng)動(dòng)電電纜纜光柵柵在在機(jī)機(jī)床床上上的的安安裝裝位位置置（（2個(gè)自自由由度度））光柵柵在在機(jī)機(jī)床床上上的的安安裝裝位位置置（（3個(gè)自自由由度度））數(shù)顯顯表表光柵柵在在機(jī)機(jī)床床上上的的安安裝裝位位置置（（3個(gè)自自由由度度））（（續(xù)續(xù)））安裝裝有有直直線線光光柵柵的的數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床加加工工實(shí)實(shí)況況防護(hù)護(hù)罩罩內(nèi)內(nèi)為為直直線線光光柵柵光柵柵掃掃描描頭頭被加加工工工工件件切削削刀刀具具角編編碼碼器器安安裝裝在在夾夾具具的的端端部部4.2.2脈沖沖編編碼碼器器機(jī)械械轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角電電脈脈沖沖脈沖沖編編碼碼器器是是一一種種旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式式脈脈沖沖發(fā)發(fā)生生器器。。固定定4.2.3感應(yīng)應(yīng)同同步步器器一種種電電磁磁式式位位置置檢檢