闭环伺服系统

合集下载

相关主题

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

光栅测位移原理动画演
摩尔条纹的移动距离与光栅的移动距离成比例，光栅横向移动一个节距ω，摩尔条纹正好沿刻线上下移动一个节距W，或者说在光栅刻线的某一位置，摩尔条纹明--暗--明变化一个周期，这为光元件的安装与信号检测提供了良好的条件。利用脉冲变换电路可以提高光栅检测装置的读数分辨率，有四倍、八倍、十倍、二十倍上一页下一页等。 www.plcworld.cn
θ/(2 π)=x / ( 2 τ)
www.plcworld.cn
可得 : θ= πx/ τ
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
思考与练习
感应同步器采用鉴幅法工作时，可用于检测位移和。答：定位控制感应同步器定尺绕组中感应的总电势是滑尺上 __ 和 _ 可产生的感应电势的。答：正弦绕组感应同步器是一种它有和两种。
下一页返回
www.plcworld.cn
4. 检测元件工作原理
旋转变压器
Us(Sin) 定子转子 Uc(Cos)
U
θ
U’=kUsSinθ或 U’=kUcCosθ Us,Uc为定子正弦、余弦绕组上的激磁电压，k为变压比，即定子绕组与转子绕组的匝数比W1/W2。
www.plcworld.cn
www.plcworld.cn
便，精度高，但存在磁信号的稳定性，磁头磨损等问题，有应用。
www.plcworld.cn
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
3．检测元件的特点
旋转变压器 —— 抗干扰能力强、工作可靠、结构简单、动作灵敏、信号输出幅度大，对环境无特殊要求，维护方便，应用广泛。脉冲编码盘——工作可靠、精度高，结构紧凑、成本低，是精密数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元器件，但抗污染能力差，易损坏。激光干涉仪——精度很高，但抗震性、抗干扰能力差，价格较贵，应用较少。
www.plcworld.cn
A
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
脉冲编码器
工作原理如右图所示：光源接通，圆光栅旋 U 转，光线透过两个光栅放大、整形后得到所示的A,B两组线纹，每转的方波信号A和B，如过一个光栅节距，便在光栅盘正转时A相超前 o 光电元件上形成明 — 90o，反转时B相超前暗o —明变化一个周期的 A相 90 。另外还产生一转光信号，并被转化为两脉冲Z，Z为基准脉组近乎于正弦波的电压冲，或称零点脉冲，它 B相信号，连续旋转便得到是圆光栅盘，可以作为 A和B两路正弦电压信坐标原点的信号，车削号螺纹时作为刀点的信 Z www.plcworld.cn
www.plcworld.cn
下一页返回
www.plcworld.cn
(二) 闭环伺服系统分类
全闭环精度高，但结构复杂、成本高，调试维修困难，适于大型精密数控系统。半闭环交流伺服直流伺服数字伺服
www.plcworld.cn
精度较全闭环差些，但结构简单，造价低且便于调整。
具有较高精度、速度、和动态特性
节距为２τ=2mm
感应同步器工作原理图
www.plcworld.cn
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
感应同步器
设当滑尺相对定尺移动后，感应电压逐渐变小，在错开1/4节距的b点时，感应电压为零。再继续移到1/2节距的c点时得到的电压值与a点位置相同，但极性相反。随后感应电压在3/4节距位置d点时又变为零，在移动一个节距到e点时，电压幅值与a
定位与控制精度高，速度快，稳定性好，有故障自诊断和报警功能
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
(三) 闭环伺服系统常用的检测元件
1．对检测元器件的要求 1) 可靠性高、抗干扰能力强 2) 精度、速度满足要求 3) 对环境的适应性强，维护方便 4) 成本低、寿命长 5) 便于与数控系统联接
90 A B
5v 0v 5v 0v 90o
脉冲编码的输出信号
5v
上一页下一页返回 0v
www.plcworld.cn
思考与练习
举出 2 ～ 3 种数控机床常用的位置传感器，并说明它们的主要特点？答：常用的位置传感有光栅、感应同步器、光电编码盘等等。它们的特点是：检测范围较大，易于实现测量信号数字化，测量精度高。
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
www.plcworld.cn
4.检测元件工作原理
旋转变压器
Us(Sin) 定子转子 Uc(Cos)
U
θ
旋转变压器按照互感原理工作定子绕组上分别加上交变励磁电压当转子旋转时，通过电磁耦合，转子绕组内产生感
www.plcworld.cn
应电势——感应电压.
www.plcworld.cn
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
2．检测传感器分类
直线型从检测的信号分回转型直线感应同步器、长光栅、长磁栅、激光干涉仪旋转变压器、圆感应同步器、圆光栅、圆磁栅、编码盘模拟式从传感器输出信号分数字式光栅检测装置、脉冲编码盘旋转变压器、感应同步器
返回
www.plcworld.cn
磁尺位置检测装置磁尺是一种精度较高的位置检测装置。它尺：由磁性标尺、磁头、和检测电路组成。
磁
磁
检测伺服系统电路数字显示
尺
www.plcworld.cn
磁尺位置检测装置
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
脉冲编码器
脉冲编码器是一种旋转式角位移检测装置，能将机械转角变换成电脉冲，是数空机床上使用最光的检测装置。光电式增量式脉冲编码器接触式电磁感应式光电式绝对式脉冲编码盘接触式电磁感应式
www.plcworld.cn
②Uc=Umsin θ sin(ωt) ④Uc=Umsin θcos(ωt) 和的固定函数关
上一页下一页返回
Байду номын сангаас
cos(ωt)
转子角位移
www.plcworld.cn
感应同步器
感应同步器工作原理同旋转变压器的工作原理相同，滑齿的两个激磁绕组通以激磁电压，滑齿与定齿相对移动时，在定齿上便产生感应电压，感应电压随位移的变化而变化。
www.plcworld.cn m
=kU cos(φ-θ)sinωt
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
思考与练习
旋转变压器工作时，加到励磁绕组的电压 Us=Umsinθsin(ωt) ，则此时加到补偿绕组的电压应为 __。 ①Uc=Umcos θ sin(ωt) ③Uc=Umcos θ 答： ① 旋转变压器的输出反映了系。答：电压
www.plcworld.cn
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
旋转变压器的应用 2.鉴幅工作方式给定子的两个绕组分别通上频率、相位相同但幅值不同，即调幅的少许磁电压（φ为机械转角） Us=Umsinφsinωt Uc=Umcosφsinωt 则在转子绕组上得到感应电压为 U =kUssin θ+kUccos θ =kUmsinωt(sin φsin θ+cos φcos θ)
下一页返回
www.plcworld.cn
脉冲编码器的分类
www.plcworld.cn
脉冲编码器
增量式脉冲编码器
印刷电路板
园光栅
指示光栅
光电元件旋转轴
光源
结构图
指示光栅有两组线纹A和B，每组线纹的节距和圆光栅的节距相同，但A、B两组线纹彼此错开1/4 个节距，每组线纹与旋转圆光栅配合产生两路脉护罩低坐冲A和B用于记数和辩向。 A向
www.plcworld.cn
闭环伺服系统
一、概述
(一) 系统组成
比较环节指令信号反馈信号位置检测单元伺服驱动伺服电机
1．位置检测单元——将检测元件检测到的位置信号进行处理，以形成位置反馈信号。 2．比较环节——完成指令信号与反馈信号的比较等。 3．伺服驱动——功率放大，以驱动伺服元件。 4．伺服电机——将电信号转换成机械运动。
感应同步器工作原理图
点位置相同。这样滑尺在移动一个节距的过程中，感应电压变化了一个余上一页下一页弦波形。 www.plcworld.cn
返回
www.plcworld.cn
感应同步器同理，因余弦绕组与正弦绕组错开1/4个节距，即 π/2的相位角，由余弦绕组激磁在定尺上产生的感应电压应按正弦规律变化。定尺上的总感应电压，是上述两个感应电压的线性叠加。定尺和滑尺绕组的节距均为2τ=2mm，当两尺相对移动2 τ后，感应电势以余弦或正弦函数变化电气角2 π ，当相对移动距离为x时，则对应的感应电压将变化一个相位角θ，由比例关系
www.plcworld.cn
W
摩尔条纹节距
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
光栅位置检测装置 W、ω、θ之间的关系 θ
BC=ABsin(θ/2) 其中 BC=ω/2 ， AB=W/2 ，因此 W=ω/sin(θ/2)
ω
ω
ω
光栅节距
标尺光栅 B C θ/2 W/2 θ 指示光栅
www.plcworld.cn
余弦绕组矢量和式的高精度位移检测元件。直线式圆盘式上一页下一页
返回
答：电磁感应
www.plcworld.cn
光栅位置检测装置 i. 光栅检测装置的结构
标尺光栅Gs 驱动电路光源光电元件指示光栅Gi 驱动电路
透镜
执行部件带着标尺光栅相对指示光栅移动，通过读数头的光电转换，发送出与位移量对应的数字脉冲信号，用作位置反馈信号或位置显示信号
www.plcworld.cn
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
3．检测元件的特点
感应同步器——抗干扰能力强，对环境要求低，维护简单、
价格低，寿命较长，具有一定精度、应用较广。
光栅——抗干扰能力强，高分辨率、大量程、测量精度高、
应用广泛，但成本较高，制造工艺要求高。
磁栅——抗干扰能力强，对环境条件要求低，安装调整方
旋转变压器的应用旋转变压器作为位置检测装置有两种应用方式：鉴相方式和鉴幅方式。 1.鉴相工作方式在旋转变压器定子的两相正交绕组，又称为正弦和余弦绕组上，分别加上幅值相等、频率相同的正弦、余弦激磁电压 Us=Umsinωt
www.plcworld.cn
Uc=Umcosωt
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
光栅位置检测装置
光栅尺包括标尺光栅和指示光栅. 根据制造方法和光学原理不同，光栅可分为透射光栅和反射光栅透射光栅是在光学玻璃表面，或在玻璃表面感光材料的涂层上刻成光栅线纹。其特点是:
标尺光栅Gs
光源可以垂直入射，光电元件直接接受光照，因此信号幅
W
由于θ很小，θ单位为rad 时， Sin(θ/2) ≈ θ 故 W ≈ ω/ θ
www.plcworld.cn
A 横向莫尔条纹的参数
www.plcworld.cn
光栅位置检测装置 iii. 摩尔条纹的作用 a. 放大作用
令k= W/ω = 1/θ,则k为放大比。如ω=0.01mm，取θ=0.002 rad = 0.11o 则W=5mm,
K=500, 即放大500倍，这样光栅节距虽小，摩尔条纹的节距却有5mm，因此摩尔条纹清晰可见，易于测量。
b. 误差均化作用
摩尔条纹是由许多根刻线共同形成的，这样可使光栅的节距误差得到平均化。
www.plcworld.cn
上一页下一页返回
www.plcworld.cn
光栅位置检测装置 c. 测量位移
www.plcworld.cn
旋转变压器的应用转子旋转后，两个激磁电压在转子绕组中产生的感应电压线性叠加得总感应电压为： U=kUssin θ+kUccos θ =kUmcos(ωt-θ) 由上式可知感应电压的相位角就等于转子的机械转角θ。因此只要检测出转子输出电压的相位角，就知道了转子的转角，而且旋转变压器的转子是和伺服电机或传动轴连接在一起的，从而可以求得执行部件的角位移。
驱动值比较大，信噪比好，光电密度为200线/mm时，光栅本身就已电路
经细分到.005mm从而减轻了电子线路的负担。
光源透镜指示光栅Gi
www.plcworld.cn
光电元件
驱动电路
www.plcworld.cn
光栅倾角
光栅位置检测装置 ii. 摩尔条纹
θ
ω
光栅节距
标尺光栅
指示光栅作用：放大作用误差均化作用测量位移