第五-伺服驱动系统讲解学习
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伺服驱动器_原理_概述及解释说明
伺服驱动器原理概述及解释说明1. 引言1.1 概述伺服驱动器作为一种关键的控制设备，在现代工业中发挥着重要的作用。
它主要用于控制电机和执行器的运动，通过实时监测和调整输出信号，使得目标位置或速度可以精确控制。
伺服驱动器具有高精度、高稳定性和高可靠性等特点，已广泛应用于机械加工、自动化生产线、机器人技术等领域。
1.2 文章结构本文将分为五个部分进行介绍和解释说明。
首先，在引言部分我们将对伺服驱动器的基本概念和原理进行简要叙述，并明确文章的研究框架。
其次，我们将详细讲解伺服驱动器的原理，包括定义与基本原理、控制系统组成以及运行方式和特点等方面内容。
然后，我们将对伺服驱动器进行概述，涉及其发展历史、应用领域与需求以及常见类型和分类等方面。
接下来，我们会在第四部分解释说明伺服驱动器的工作原理，重点介绍反馈系统、控制算法和实时响应性能以及电机控制和反馈信号处理技术等内容。
最后，在结论部分，我们将总结主要内容与观点、归纳核心意义和应用价值，并展望未来伺服驱动器的发展方向。
1.3 目的本文旨在全面介绍伺服驱动器的原理与概述，并解释说明其工作原理。
通过对伺服驱动器的深入研究和分析，可以帮助读者更好地理解和运用伺服驱动器技术，并为相关领域的工程师、学者和爱好者提供有益信息和启示。
此外，文章还致力于探讨未来伺服驱动器发展的趋势和前景，以期推动相关技术的进步与创新。
2. 伺服驱动器原理：2.1 定义与基本原理伺服驱动器是一种用于控制伺服电机运动的设备，通过将输入信号转换为输出控制信号来实现精确的位置、速度和加速度控制。
它主要由控制系统和执行系统两部分组成。
基本原理是通过接收反馈信号并与参考输入进行比较，根据误差信号来调整输出信号，以使系统稳定在期望的状态。
伺服驱动器可以实现高精度和高性能的运动控制，广泛应用于自动化领域。
2.2 控制系统组成伺服驱动器的控制系统主要由下列几个组成部分构成：- 参考输入：指定所需的运动参数，如位置、速度和加速度。
伺服系统培训课程设计
伺服系统培训课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解伺服系统的基本概念，掌握其工作原理和组成结构。
2. 学生能掌握伺服系统中关键参数的计算方法，如转速、扭矩、精度等。
3. 学生了解不同类型伺服系统的特点及其适用场合。
技能目标：1. 学生能运用所学知识分析和解决实际伺服系统应用中的问题。
2. 学生具备设计简单伺服系统的能力，能根据需求选择合适的组件并进行调试。
3. 学生能熟练使用相关工具和设备进行伺服系统的安装、调试和维护。
情感态度价值观目标：1. 培养学生关注工程技术发展的意识，激发对伺服系统及其应用的兴趣。
2. 培养学生严谨、细致、负责的工作态度，增强团队协作和沟通能力。
3. 培养学生具备安全意识，遵循相关操作规程，确保伺服系统应用的安全可靠。
本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合，以实际应用为导向。
课程目标旨在使学生掌握伺服系统的基础知识，具备实际操作和问题解决能力，同时培养良好的职业素养和安全意识。
通过课程学习，为学生未来在自动化、机器人等相关领域的发展奠定基础。
二、教学内容1. 伺服系统概述：介绍伺服系统的基本概念、发展历程、应用领域及发展趋势。
- 教材章节：第一章 伺服系统概述- 内容列举：伺服系统的定义、分类、工作原理。
2. 伺服系统组成与原理：分析伺服系统的组成结构，讲解各部分功能及相互关系。
- 教材章节：第二章 伺服系统的组成与原理- 内容列举：驱动器、执行器、反馈元件、控制器等组成部分及其工作原理。
3. 伺服系统关键参数计算：学习伺服系统中转速、扭矩、精度等关键参数的计算方法。
- 教材章节：第三章 伺服系统关键参数计算- 内容列举：转速与扭矩的计算、精度分析、系统稳定性分析。
4. 伺服系统类型及特点：介绍不同类型伺服系统的特点、优缺点及适用场合。
- 教材章节：第四章 伺服系统类型及特点- 内容列举：步进伺服系统、交流伺服系统、直流伺服系统等。
5. 伺服系统应用与案例分析：分析伺服系统在实际应用中的案例，提高学生的问题解决能力。
第五章 伺服驱动系统PPT课件
控制输入脉冲数量、频率及电动机各相绕组的接通次序，可得 到各种需要的运行特性。 （一） 步进电动机的分类
（二） 步进电动机的工作原理
1. 反应式步进电动机 可变磁阻式/VR步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
（2）反应式步进电动机的工作原理 磁力线具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，从而产生反应力
交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、 速度环和位置环的 反馈控制全部数字化，全部伺服的控 制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处 理；采用前馈与反馈结合的复合控制。
4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。
进给伺服系统：用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一 种精密的位置跟踪、定位系统：速度控制和位置控制
e= es + ec =kUmcos(ωt + θ) =kUmcos(ωt + x ·2π/ W)
通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之 间的相对位置。
感应同步器的鉴相方式用在相位比较伺服系统中
2、鉴幅方式 根据定尺感应输出的感应电势的振幅变化来检测 位移量的一种工作方式。
滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同相位、幅值不同 的交流电压，即
检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积 累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位 移量）
位置检测装置分类
数字式
增量式
绝对式
回转型 增量式光点脉冲编 绝对式光点脉
码器、圆光栅
冲编码器
直线型 计量光栅、激光干 编码尺、多通道
涉仪
透射光栅
模拟式
增量式
绝对式
旋转变压器、圆形感 多极旋转变压器、三 应同步器、圆形磁尺 速圆形感应同步器
（二） 步进电动机的工作原理
1. 反应式步进电动机 可变磁阻式/VR步进电动机
（1）反应式步进电动机的结构
（2）反应式步进电动机的工作原理 磁力线具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，从而产生反应力
交流(AC)伺服系统向全数字化方向发展：电流环、 速度环和位置环的 反馈控制全部数字化，全部伺服的控 制模型和动态补偿均由高速微处理器及其软件进行实时处 理；采用前馈与反馈结合的复合控制。
4、按控制对象和使用目的的不同：进给、主轴和辅助伺服系统。
进给伺服系统：用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一 种精密的位置跟踪、定位系统：速度控制和位置控制
e= es + ec =kUmcos(ωt + θ) =kUmcos(ωt + x ·2π/ W)
通过鉴别定尺输出的感应电势的相位，即可测量定尺和滑尺之 间的相对位置。
感应同步器的鉴相方式用在相位比较伺服系统中
2、鉴幅方式 根据定尺感应输出的感应电势的振幅变化来检测 位移量的一种工作方式。
滑尺上的正弦、余弦励磁绕组提供同频率、同相位、幅值不同 的交流电压，即
检测装置的精度指标：系统精度（在一定长度或转角内测量积 累误差的最大值）和系统分辨率（测量元件所能正确检测的最小位 移量）
位置检测装置分类
数字式
增量式
绝对式
回转型 增量式光点脉冲编 绝对式光点脉
码器、圆光栅
冲编码器
直线型 计量光栅、激光干 编码尺、多通道
涉仪
透射光栅
模拟式
增量式
绝对式
旋转变压器、圆形感 多极旋转变压器、三 应同步器、圆形磁尺 速圆形感应同步器
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组成。通过控制电机的电枢电流或励磁电流，实现对电机转速和位置的
高精度控制。
02
优点
直流伺服系统具有调速范围宽、低速性能好、控制精度高等优点。同时
，直流电机具有良好的启动、制动和调速性能，适用于对动态响应要求
高的场合。
03
缺点
直流伺服系统需要使用电刷和换向器，维护较为麻烦，且容易产生火花
干扰。此外，直流电机的体积和重量相对较大，限制了其在某些场合的
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22
安装注意事项和步骤说明
A
环境要求
确保安装环境干燥、通风且温度适宜，避免潮 湿、高温和腐蚀性气体对伺服系统的影响。
安装准备
检查伺服电机、驱动器和编码器等部件是 否完好无损，准备好安装所需的工具和材 料。
B
C
安装步骤
按照厂家提供的安装手册，逐步完成伺服电 机与机械设备的连接、驱动器和编码器的接 线以及控制系统的配置等工作。
熟悉伺服驱动器的功能、参数设 置及调试方法。
伺服系统控制策略
学习伺服系统的控制策略，如位 置控制、速度控制、力矩控制等 。
伺服系统基本原理
伺服系统优化与调试
掌握伺服系统的组成、工作原理 及性能指标等基础知识。
掌握伺服系统性能优化、故障排 查及日常维护等技能。
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31
行业应用前景展望
01
替换法
在怀疑某个部件出现故障时，用正常 的部件进行替换，观察故障是否消除 ，以确定故障点。
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仪器检测法
使用专业的检测仪器对伺服系统的各 个部分进行检测，如电压、电流、转 速等参数，以精确定位故障。
逐步排查法
按照伺服系统的组成部分，从电源、 驱动器、电机、传感器等逐一排查， 逐步缩小故障范围。
伺服驱动系统
（2）驱动电路 接收微机发出的指令，并将输入信号转换成
电压信号，经过功率放大后，驱动电动机旋转。转速的大小 由指令控制。若要实现恒速控制功能，驱动电路应能接收速 度反馈信号，将反馈信号与微机的输入信号进行比较，将差 值信号作为控制信号，使电动机保持恒速转动。
（3）执行元件 可以是直流电动机、交流电动机，也
速度控制过程： 图8-1中的测速发电机和速度反馈电路组成的反馈回 路可实现速度恒值控制。 测速发电机和伺服电动机同步旋转，假如因外负载
增大而使电动机的转速下降，则测速发电机的转速下
降，经速度反馈电路，把转速变化的信号转变成电信 号，送到驱动电路，与输入信号进行比较，比较后的 差值信号经放大后，产生较大的驱动电压，从而使电 动机转速上升，恢复到原先调定转速，使电动机排除
1.3 伺服系统的分类
（1）按驱动方式分 可分为液压伺服系统、气压伺服
系统和电气伺服系统。
（2）按执行元件的类别分类 可分为直流电动机伺服 系统、交流电动机伺服系统和步进电动机伺服系统。 （3）按有无检测元件和反馈环节分类 可分为开环伺 服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。
（4）按输出被控制量的性质分类 可分为位置伺服系
用的控制方式。
双三拍控制方式：
如果要采用三相三拍控制方式，可以采用双三拍控制方式， 即通电顺序按AB → BC → CA →AB … …进行。由于双三拍 控制方式每次有两相绕组通电，而且切换时总保持一相通 电，故工作较稳定。
综上所述，可以得出如下一些结论:
（1）步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次， 它的转子便转过一个确定的角度，即步距角θ。 （2）改变步进电动机定子绕组的通电顺序，则转 子反转。
第五章伺服驱动系统解析
• CNC装置是数控机床的“大脑（指挥机构）”， 伺服系统 是数控机床的“四肢（执行机构）”。
第五章伺服驱动系统解析
二、伺服系统的组成
位置控制
速度控制
CN 单元
C插序
+
加
补
指令 工
程
单元
译-
位刀置控制 插 + 进给伺速服系度统控制 调补节器 补 - 调节与驱动
成 形 运机动械 执 行 部件
码
处
实际 理
第五章伺服驱动系统解析
第三节 步进伺服系统
步进电动机、驱动及控制系统（驱动电源） 一、分类 二、结构及工作原理:反应式步进电动机
步进电动机
三、运行性能 四、步进电动机的驱动及控制系统 五、步进电动机的选用
第五章伺服驱动系统解析
一、分类
1、按工作原理：反应式、电磁式、永磁式、混 合式等
转子
A通 B通
第五章伺服驱动系统解析
二、结构及工作原理(反应式步进电机)
3、通电方式 1）三相单三拍（1相通电） 逆时针：ABCA… 顺时针：ACBA… 2）三相双三拍（2相通电）： ABBCCAAB…（逆时针）; 3）三相六拍（1-2相通电）： AABBBCCCAA…逆时针 ） 4）m>3的通电方式（四相八拍、五相十拍等）
第五章伺服驱动系统解析
特点
4、特点: 1）电脉冲机械角位移 角位移大小输入脉冲个数 角速度大小输入脉冲频率 方向：绕组通电顺序 2）控制性能好，控制系统简单可靠，成本 低； 3）控制精度受步距角限制，高负载或高速 度时易失步。
第五章伺服驱动系统解析
第五章伺服驱动系统解析
第五章伺服驱动系统解析
第五章伺服驱动系统解析
第五章伺服驱动系统解析
第五章伺服驱动系统解析
二、伺服系统的组成
位置控制
速度控制
CN 单元
C插序
+
加
补
指令 工
程
单元
译-
位刀置控制 插 + 进给伺速服系度统控制 调补节器 补 - 调节与驱动
成 形 运机动械 执 行 部件
码
处
实际 理
第五章伺服驱动系统解析
第三节 步进伺服系统
步进电动机、驱动及控制系统（驱动电源） 一、分类 二、结构及工作原理:反应式步进电动机
步进电动机
三、运行性能 四、步进电动机的驱动及控制系统 五、步进电动机的选用
第五章伺服驱动系统解析
一、分类
1、按工作原理：反应式、电磁式、永磁式、混 合式等
转子
A通 B通
第五章伺服驱动系统解析
二、结构及工作原理(反应式步进电机)
3、通电方式 1）三相单三拍（1相通电） 逆时针：ABCA… 顺时针：ACBA… 2）三相双三拍（2相通电）： ABBCCAAB…（逆时针）; 3）三相六拍（1-2相通电）： AABBBCCCAA…逆时针 ） 4）m>3的通电方式（四相八拍、五相十拍等）
第五章伺服驱动系统解析
特点
4、特点: 1）电脉冲机械角位移 角位移大小输入脉冲个数 角速度大小输入脉冲频率 方向：绕组通电顺序 2）控制性能好，控制系统简单可靠，成本 低； 3）控制精度受步距角限制，高负载或高速 度时易失步。
第五章伺服驱动系统解析
第五章伺服驱动系统解析
第五章伺服驱动系统解析
第五章伺服驱动系统解析
第五章伺服驱动系统解析
数控机床的伺服驱动系统
1
数控机床的伺服驱动系统
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，而在数控机床中，伺服系
2
统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统，它由执行组件（如步进电机、交直流电动机
等）和相应的控制电路组成，包括主驱动和进给驱动。伺服系统接收来自CNC装置的进给
脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，有
（4）步进电动机的主要特点
步进电动机受脉冲信号的 控制，每输入一个脉冲， 就变换一次绕组的通电状 态，电动机就相应转动一 步。因此角位移与输入脉 冲个数成严格的比例关系。
一旦停止送入控制脉冲， 只要维持控制绕组电流不 变，电动机可以保持在其 固定的位置上，不需要机 械制动装置。
输出转角精度高，虽有相 邻齿距误差；但无积累误 差。
4.3.2.2 直流伺服电动机
直流伺服电动机是数控机床伺服系统中应用最早的，也是使用最广泛的 执行组件。直流伺服电动机有永磁式和电磁式两种结构类型。随着磁性 材料的发展，用稀土材料制作的永磁式直流伺服电动机的性能超过了电 磁式直流伺服电动机，目前广泛应用于机床进给驱动。直流伺服电动机 的工作原理与普通直流电动机完全相同，但工作状态和性能差别很大。 机床进给伺服系统中使用的多为大功率直流伺服电动机，如低惯量电动 机和宽调速电动机等。
θb =
从上面的分析可以看 出，步进电动机转动 的角度取决于定子绕 组的相数、转子齿数 及供电的逻辑状态。 若以θb表示步距角， 则有
（4-12）
360
mzK 式中 m—步进电动机相数；z—转子齿数；K—由 步进电动机控制方式确定的拍数和相数的比例系 数，如三相三拍时，K＝１；而三相六拍制时，K ＝２。 为了提高加工精度，一般要求步距角很小，数控 机床中常用的步进电动机步距角为0.36ｏ～3ｏ
数控机床的伺服驱动系统
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，而在数控机床中，伺服系
2
统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统，它由执行组件（如步进电机、交直流电动机
等）和相应的控制电路组成，包括主驱动和进给驱动。伺服系统接收来自CNC装置的进给
脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，有
（4）步进电动机的主要特点
步进电动机受脉冲信号的 控制，每输入一个脉冲， 就变换一次绕组的通电状 态，电动机就相应转动一 步。因此角位移与输入脉 冲个数成严格的比例关系。
一旦停止送入控制脉冲， 只要维持控制绕组电流不 变，电动机可以保持在其 固定的位置上，不需要机 械制动装置。
输出转角精度高，虽有相 邻齿距误差；但无积累误 差。
4.3.2.2 直流伺服电动机
直流伺服电动机是数控机床伺服系统中应用最早的，也是使用最广泛的 执行组件。直流伺服电动机有永磁式和电磁式两种结构类型。随着磁性 材料的发展，用稀土材料制作的永磁式直流伺服电动机的性能超过了电 磁式直流伺服电动机，目前广泛应用于机床进给驱动。直流伺服电动机 的工作原理与普通直流电动机完全相同，但工作状态和性能差别很大。 机床进给伺服系统中使用的多为大功率直流伺服电动机，如低惯量电动 机和宽调速电动机等。
θb =
从上面的分析可以看 出，步进电动机转动 的角度取决于定子绕 组的相数、转子齿数 及供电的逻辑状态。 若以θb表示步距角， 则有
（4-12）
360
mzK 式中 m—步进电动机相数；z—转子齿数；K—由 步进电动机控制方式确定的拍数和相数的比例系 数，如三相三拍时，K＝１；而三相六拍制时，K ＝２。 为了提高加工精度，一般要求步距角很小，数控 机床中常用的步进电动机步距角为0.36ｏ～3ｏ
伺服基础培训资料
３轴使用
射出轴 夹紧轴 计量轴 送出轴
同时使用
26
• 案例一：横切 • 追剪的运动特点：
o 在设定的同步区牵引剪切部件的速度和送料速度一致，在同步区 完成剪切运动，而不同的切割长度则通过调节非同步区的速度来 适应。
27
• 案例二：排料
28
感谢聆听！ Thanks
29
机械执行部件
电机
B、闭环--误差控制随动随动系统
数控机床进给系统的误差，是CNC输出的位置指令和机床工作台实际位置的差 值。 主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。
7
半闭环伺服系统 半闭环伺服系统的位置采样点如 图所示，是从驱动装置(常用伺 服电机)或丝杠引出，采样旋转 角度进行检测，不是直接检测运 动部件的实际位置。
14
1.15 速度控制
速度指令 （模拟量）
放大器
+
－
电流环
力矩指令
+
－
产生力矩
速度环
速度感应
速度控制 ⇒ 通过对转速控制而达到任意目标转速。 ＊在速度控制时，就算马达有负载，指令速度与实际速度差（稳定速度 偏差）为「０」。
马达转速(min-1)
1000 0
2Ｖ
速度指令 Vcmd
15
1.14
输入： 使之产生力矩的指令值
21
• 伺服系统之应用 o 包装印刷行业的应用 • 同步控制能力，张力控制，网络化能力等； • 横切功能：飞剪、追剪等； • 电子凸轮功能 • 无轴（电子轴）传动技术，主要技术供应商为德国的博 世力士乐、伦茨、日本的住友和奥地利的贝加莱，国内 鲜有公司具备此能力，仅北人和松德在做无轴传动的研 究开发。
广州朗豪自动化科技
射出轴 夹紧轴 计量轴 送出轴
同时使用
26
• 案例一：横切 • 追剪的运动特点：
o 在设定的同步区牵引剪切部件的速度和送料速度一致，在同步区 完成剪切运动，而不同的切割长度则通过调节非同步区的速度来 适应。
27
• 案例二：排料
28
感谢聆听！ Thanks
29
机械执行部件
电机
B、闭环--误差控制随动随动系统
数控机床进给系统的误差，是CNC输出的位置指令和机床工作台实际位置的差 值。 主要由执行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。
7
半闭环伺服系统 半闭环伺服系统的位置采样点如 图所示，是从驱动装置(常用伺 服电机)或丝杠引出，采样旋转 角度进行检测，不是直接检测运 动部件的实际位置。
14
1.15 速度控制
速度指令 （模拟量）
放大器
+
－
电流环
力矩指令
+
－
产生力矩
速度环
速度感应
速度控制 ⇒ 通过对转速控制而达到任意目标转速。 ＊在速度控制时，就算马达有负载，指令速度与实际速度差（稳定速度 偏差）为「０」。
马达转速(min-1)
1000 0
2Ｖ
速度指令 Vcmd
15
1.14
输入： 使之产生力矩的指令值
21
• 伺服系统之应用 o 包装印刷行业的应用 • 同步控制能力，张力控制，网络化能力等； • 横切功能：飞剪、追剪等； • 电子凸轮功能 • 无轴（电子轴）传动技术，主要技术供应商为德国的博 世力士乐、伦茨、日本的住友和奥地利的贝加莱，国内 鲜有公司具备此能力，仅北人和松德在做无轴传动的研 究开发。
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数控机床伺服驱动ppt课件
2．功率放大器 从环形脉冲分配器输出的控制脉
冲信号功率很小，必需经功率放大器 放大后，才干驱动步进电动机运转。 功率放大器有电压型和电流型。电压 100Ω 型又有单电压型、双电压型，电流型 有恒流型、斩波恒流型等。
采用脉冲变压器TI组成的高低压
VT1
功率放大器电路。
输入
当输入端为低电平常，晶体管VTl、 1kΩ VT2、VT3、VT4均截止，电动机绕组W 无电流经过。输入脉冲到来时，输入 端变为高电平，晶体管VTl、VT2、 VT4饱和导通。
困难。
二、开环伺服系统
〔一〕步进电动机 1．步进电动机的任务原理 由转子和定子组成。转子和定子均由带齿
的硅钢片叠成。定子上均布有六个磁极及其绕 组，同不断径上的为一相，共有三相，磁极上 有齿。转子上均匀分布着40个齿，齿与齿槽宽 度相等，齿间角9°。定子与转子齿间角相等。 假设A相齿与转子齿中心线对齐，B相齿相对转 子齿逆时针差1/3齿间角，C相齿相对转子齿逆 时针差2/3齿间角。
第五节 伺服驱动与控制
❖ 一、概述 ❖ 二、开环伺服系统 ❖ 三、闭环与半闭环伺服系统
一、概 述
❖ 定义——数控机床伺服系统属位置随动系统，是以挪动部件的直线或 角位移为控制目的的自动控制系统，它以CNC安装插补输出为指令， 对任务台、主轴箱、刀架等执行部件的坐标轴位移进展控制，最终获 得要求的刀具运动轨迹。因此，数控机床的伺服系统也被称为进给伺 服系统。
+12V
VD4 TI
R VT2 200Ω
VT3 VD3
R VD5 W
VT4
+80V VD2 VD1
18Ω
18Ω 0.1μF
在VT2由截止到饱和导通期间，其集电极电流，即脉冲变压TI的一次 电流急剧添加，在变压器二次侧感生一个电压，使VT3饱和导通，80V的 高压经高压管VT3加到绕组W上，使流过绕组W的电流迅速上升。当VT2进 入稳定形状后，TI一次侧电流恒定，无磁通量变化，二次侧的感应电压 为零，VT3截止，12V低压电源经VDl加到绕组W上，并维持绕组W中的电流。 输入脉冲终了后，晶体管VTl、VT2、VT3、VT4又都截止，储存在W中的能 量经过18Ω的电阻和VD2放电，电阻的作用是减小放电回路的时间常数， 改善电流波形的后沿。该电路由于采用高压驱动，电流增长加快，脉冲 电流的前沿变陡，电动机的动态转矩和运转频率都得到了提高。
数控系统及伺服驱动系统PPT课件
位置检测，也常用它作为速度检测元件。
又称脉冲编码器。广
1、编码器分类
➢ 按码盘信号的读取方式可分为：光电式、接触式和电磁式 以光电式的精度和可靠性最好，NC机床常用光电式编码器
➢ 按测量坐标系又可分为：增量式和绝对式 ➢按每转发出的脉冲数分为：高分辨率 20000-30000p/r
普通分辨率 2000-3000p/r
第22页/共62页
2. 增量式光电脉冲编码器
（1）组成 由光源、聚光镜、光电盘、光栏板、光敏 元件(光电管)、整形放大电路和数字显示装置等组成。
第23页/共62页
光电编码器在旋转工作台上的安装
第24页/共62页
（2） 工作原理
光电盘按装在被测轴上，随主轴一起转动。光电盘转动时，光电元件把通过 光电盘和光栏板射过来的忽明忽暗的光信号(近似于正弦信号)转换为电信号，经 整形、放大等电路的变换后变成脉冲信号，通过计算脉冲的数目，即可测出工作 轴的转角，并通过数显装置进行显示。通过测定计数脉冲的频率，即可测出工作 轴的转速。
第25页/共62页
（3）脉冲编码器的辨向
光栏板上两条狭缝中的信号A和B(相位差90°)，通过整形，成为两相方波信 号。根据先后顺序，即可判断光电盘的正反转。若A相超前于B相，对应电动机 正转；若B相超前A相，对应电动机反转。若以该方波的前沿或后沿产生计数脉 冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。
光栅尺
§ 5-3 步进电动机及其驱动系统
步进电动机主要用于开环位置控制 系统。它由步进电动机驱动电源和步进 电动机组成，没有反馈环节。
这种系统较简单，控制较容易，维修 也较方便，而且为全数字化控制。
由于开环系统精度不高，且步进电动机的功率和速度不高，因此步进电动机 驱动系统仅用于小容量、加工速度低、脉冲当量和精度不太高的场合，如经济 型数控机床和电加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。
又称脉冲编码器。广
1、编码器分类
➢ 按码盘信号的读取方式可分为：光电式、接触式和电磁式 以光电式的精度和可靠性最好，NC机床常用光电式编码器
➢ 按测量坐标系又可分为：增量式和绝对式 ➢按每转发出的脉冲数分为：高分辨率 20000-30000p/r
普通分辨率 2000-3000p/r
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2. 增量式光电脉冲编码器
（1）组成 由光源、聚光镜、光电盘、光栏板、光敏 元件(光电管)、整形放大电路和数字显示装置等组成。
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光电编码器在旋转工作台上的安装
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（2） 工作原理
光电盘按装在被测轴上，随主轴一起转动。光电盘转动时，光电元件把通过 光电盘和光栏板射过来的忽明忽暗的光信号(近似于正弦信号)转换为电信号，经 整形、放大等电路的变换后变成脉冲信号，通过计算脉冲的数目，即可测出工作 轴的转角，并通过数显装置进行显示。通过测定计数脉冲的频率，即可测出工作 轴的转速。
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（3）脉冲编码器的辨向
光栏板上两条狭缝中的信号A和B(相位差90°)，通过整形，成为两相方波信 号。根据先后顺序，即可判断光电盘的正反转。若A相超前于B相，对应电动机 正转；若B相超前A相，对应电动机反转。若以该方波的前沿或后沿产生计数脉 冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。
光栅尺
§ 5-3 步进电动机及其驱动系统
步进电动机主要用于开环位置控制 系统。它由步进电动机驱动电源和步进 电动机组成，没有反馈环节。
这种系统较简单，控制较容易，维修 也较方便，而且为全数字化控制。
由于开环系统精度不高，且步进电动机的功率和速度不高，因此步进电动机 驱动系统仅用于小容量、加工速度低、脉冲当量和精度不太高的场合，如经济 型数控机床和电加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。
让我们来学学伺服
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3.1.2推荐的电源控制电路
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3.1.3 配线图
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位置比例增益Kp 转矩控制模式不需要进行增益设定
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3.3.4电子齿轮比 SET-36,SET-37 在位置控制时,可以灵活地设置电子齿轮比以达到设定指令单位等目的. 简单地说,就是可以灵活地设定发多少个脉冲电机走一圈.
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1.伺服系统的基本概念
1.2伺服系统的种类
伺服系统
电气—液压式
电气式
AC交流伺服系统
DC直流伺服系统
异步电机伺服系统
同步电机伺服系统
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1.伺服系统的基本概念
电液伺服驱动
由电液伺服阀、低速大转矩液压马达或液压缸，位置检测等元件组成
SAE/TDK Confidential
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3. Samsung CSDJ plus 伺服系统
3.4 故障通知
LED红-绿交替显示（0.2s) 操作器显示ALARM CODE 故障输出SALM,AL1,AL2,AL3
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3. Samsung CSDJ plus 伺服系统
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（二）感应同步器的工作原理
感应同步器根据电磁感 应原理而工作。感应电势的 变化，来检测在一个节距w 内的位移量。
（三）感应同步器输出信号的处理方式
⒈鉴相方式 根据感应输出电压的相位来检测位移。
⒉鉴幅方式 根据定尺输出的感应电势的幅值变化来检测位移
（四）感应同步器的特点
1. 精度高 其输出的电压是许多对极感应电压的平均值， 在误差均化的作用下，使所得到的测量精度比元件本 身的制造精度高得多。
2. 可用于长距离位移测量 直线型感应同步器可方便地 利用多根定尺接长来满足较大测量范围的要求。
3. 对环境的适应性强 它是利用电磁感应原理产生信号， 所以不怕油污和灰尘污染，测量信号与位置一一对应， 不易受干扰。
4. 使用寿命长，维护简单。 5. 工艺性好，成本低。
三、光栅
光栅是利用光的透射、反射和干涉现象制成的一种光 电检测装置。
• 物理光栅通常用于光谱分析和光波波长的测定。 • 计量光栅通常用于数字检测系统，用来检测高精度
直线位移和角度位移
计量光栅的种类及结构
种类： 1.直线光栅
⑴玻璃透射光栅 ⑵金属反射光栅 2.圆光栅 测量角位移。圆光栅是在玻璃圆盘的外环 端面上，做成黑白间隔条纹，条纹呈辐射状、 相互间的夹角相等。 结构：标尺光栅+读数头
光栅测量系统如图所示，由光源、聚光镜、光栅尺、光电元件和驱动线 路组成。读数头光源采用普通的灯泡，发出辐射光线，经过聚光镜后变为 平行光束，照射光栅尺。光电元件（常使用硅光电池）接受透过光栅尺光 强信号，并将其转换成相应的电压信号。由于此信号比较微弱，在长距离 传递时，很容易被各种干扰信号淹没，造成传递失真，驱动线路的作用就 是将电压信号进行电压和功率放大。
根据交变磁场和互感原理而工作的。 • 直线型感应同步器：测量直线位移,由定尺和滑尺组成； • 圆形感应同步器: 测量角位移,由转子和定子组成。 （一）感应同步器的结构 （二）感应同步器的工作原理 （三）感应同步器输出信号的处理方式 （四）感应同步器的特点
（一）感应同步器的结构
定尺为连续绕组 滑尺为分段绕组，分为正弦绕组和余弦绕组两部分 节距一定，滑尺的正弦绕组与定尺绕组错开1/4节距。
一、数控机床伺服系统的分类
• 按伺服系统调节理论，可分为开环、闭环和半闭环系统。 • 按驱动部件的动作原理：
– 电液控制系统 – 电气控制系统
• 步进电动机驱动系统 • 直流伺服系统 • 交流伺服系统 • 按反馈比较控制方式，有脉冲比较伺服系统、相位比较伺 服系统、幅值比较伺服系统和全数字伺服系统。 • 按控制对象和使用目的，主要分为进给、主轴、辅助驱动
– 系统精度是指在一定长度或转角内测量积累误差的最大 值
– 系统分辨率是测量元件所能正确检测的最小位移量 • 动态特性主要指检测装置的输出量对随时间变化的输入量
的响应特性。
常用位置检测元件及分类
一 、旋转变压器 模拟型，增量式
二、感应同步器
非接触式模拟式测量。 两个其间保持均匀气隙的平面形印刷绕组，相对平行移动时，
除标尺光栅与 工作台一起移动外， 光源、聚光镜、指 示光栅、光电元件 和驱动线路均装在 一个壳体内，作成 一个单独部件固定 在机床上，这个部 件称为光栅读数头， 又叫光电转换器， 其作用把光栅莫尔 条纹的光信号变成 电信号。
P1 P2 P3 P4
工作台
指令脉冲 驱动器
步进电机
齿轮箱
图6-2开环伺服系统简图
二、数控机床对伺服系统的要求
数控机床对伺服系统的要求可归纳为以下几方面： 1. 高精度 要求伺服系统的定位误差特别是重复定位误 差小，跟随误差小。 2. 快速响应，无超调 加工过程中，要求加减速度足够 大，以便缩短伺服系统过渡过程时间。 3. 电机调速范围宽 加工工件的种类、加工用刀具的不 同，为保证在任何条件下都能得到最佳切削状态，要求 进给驱动必须具有足够宽的调速范围。 4. 低速大扭矩 根据机床加工的特点，大都是在低速进 行重切削，即在低速时，进给驱动系统能够提供足够大 的扭矩。 5. 可靠性高 对环境的适应性强，性能稳定，使用寿命 长平均故障间隔时间长。
第二节 伺服系统中常用的检测装置
检测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分。 它的作用是检测位移和速度，发送反馈信号，构 成半闭环、闭环系统。
检测装置的性能
检测装置的性能指标主要反应在其动态特性和静态特性上。 • 静态特性包括精度、分辨率、灵敏度、测量范围和量程、
迟滞、零漂与温漂。 检测装置的精度指标主要包括系统精度和系统分辨率。
⑴进给驱动 控制机床各坐标轴的切削进给运 动，是一种精密的位置跟踪与定位系统，它包 括速度控制和位置控制。
⑵主轴驱动 控制机床主轴的旋转运动和切削 过程中的转矩和功率，一般以速度控制为主。
⑶辅助驱动 控制刀库、料库等辅助系统，多 采用简单的位置控制。
半闭环进给伺服系统
半闭环伺服系统一般将位置检测元件安装在电动机轴上， 用以精确控制电机的角度，然后通过滚珠丝杠等传动部件， 将角度转换成工作台的位移，为间接测量(图6-3)。即坐标 运动的传动链有一部分在位置闭环以外，其传动误差没有得 到系统的补偿，因而半闭环伺服系统的精度低于闭环系统。 目前在精度要求适中的中小型数控机床上，使用半闭环系统 较多。
指令
位置比较
+ －
速度控制
速度反馈
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
位置反馈
伺服电机
工作台
图6-3 半闭环伺服系统简图
开环进给伺服系统
开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件，它没有位置反馈 回路和速度反馈回路，因此设备投资低，调试维修方便，但精 度差，高速扭矩小，被用于中、低档数控机床及普通机床改造。 如图6-2为开环伺服系统简图，步进电机转过的角度与指令脉 冲个数成正比，其速度由进给脉冲的频率决定。
第五章 伺服驱动系统
第一节 伺服系统概述 第二节 伺服系统中常用的检测装置 第三节 步进电机极其驱动系统 第四节 直流电机与速度控制 第五节 交流电机与速度控制 第六节 主轴控制 第七节 位置控制
第一节 伺服系统概述
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象 的自动控制系统。
一、数控机床伺服系统的分类 二、数控机床对伺服系统的要求