数控机床的伺服驱动系统

❖ 该系统包括了大量的电力电子器件，结构复 杂，综合性强。
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❖ 伺服系统是数控机床的重要组成部分。伺服 系统位于数控机床数控系统与机床主体之间， 伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环 节。 伺服系统的作用示意图见下图。
指令
动作
CNC系统
伺服系统
机床
•脉冲频率 •脉冲数量
•速度 •位置
伺服系统的作用示意图
和反馈部分组成。电力电子驱动装置由驱动信号产 生电路和功率放大器组成。
严格来说：位置控制包括位置、速度和电流控制；
速度控制包括速度和电流控制。
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❖二、伺服系统应具有的基本性能
❖ ⑴ 精度高 ❖ ⑵ 稳定性好 ❖ ⑶ 快速响应好 ❖ ⑷调速范围宽 ❖ ⑸低速大转矩
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❖ 伺服系统的组成
❖ 组成：伺服电机
❖
驱动信号控制转换电路
❖
电子电力驱动放大模块
❖
位置调节单元
❖
速度调节单元
❖
电流调节单元
❖
检测装置
❖ 一般闭环系统为三环结构：位置环、速度环、 电流环。
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❖ 伺服系统的组成
位置调解
速度调解
电流调解
转换驱动
M
工作台
电流反馈
G
速度反馈
位置反馈
位置、速度和电流环均由：调节控制模块、检测
❖ 两者的共同之处是通过系统的执行元件直接或通过 机械传动装置间接带动被控制对象，完成给定控制 规律要求的动作。不同之处可以用位移与速度之间 的关系来理解。
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（一）位置控制系统的主要技术指标
1.系统静态误差。 2.速度误差和正弦跟踪误差。 3.速度品质因数和加速度品质因数。 4.最大跟踪角速度、最低平滑角速度、最大角加
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伺服系统结构图
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❖ 伺服系统的主要功能就是从数控系统接收微 小的电控信号（5V左右，mA级），放大成强 电的驱动信号（几十、上百伏、安培级）， 用以驱动伺服系统的执行元件——伺服电动 机，将电控信号的变化，转换成电动机输出 轴的角位移或角速度的变化，从而带动机床 主体部件（如工作台、主轴或刀具进给等） 运动，实现对机床主体运动的速度控制和位 置控制，达到加工出所需工件的外形和尺寸 的最终目标。
❖ （4）能承受频繁的起动、制动和正反转。
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❖ 三、位置控制系统和速度控制系统的主要技 术指标
❖ 位置控制系统是保证位置精度的重要环节。
❖ 速度控制系统由速度控制单元、伺服电动机、速度 检测装置等构成。速度控制系统的核心是速度控制 单元，用来控制电动机转速。
❖ 一般的位置控制包括位置环和速度环，具有位置控 制环节的系统才是真正的伺服系统。
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❖ 对伺服电机的要求：
❖ （1）调运范围宽且有良好的稳定性，低速 时的速度平稳,无爬行现象。
❖ （2）电机应具有大的、较长时间的过载能 力，以满足低速大转矩的要求。
❖ （3）反应速度快，电机必须具有较小的转 动惯量、较大的转矩、尽可能小的机电时 间常数和很大的加速度(400rad/s2以上)。
速度。
5.振幅指标和频带宽度。 6.系统对阶跃信号输入的响应特性。 7.等速跟踪状态下，负载扰动所造成的瞬时误差
和过渡过程时间。
8.对系统工作制、平均无故障时间（MTBF）、 可靠性、使用寿命的要求。
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（二）速度控制系统的主要技术要求 1.被控对象的最高运行速度 2.最低平滑速度。 3.速度调节的连续性和平滑性要求。 4.静差率或转速降。 5.对阶跃信号输入下系统的响应特性。 6.负载扰动下的系统响应特性。 7.对系统工作制、平均无故障工作时间、
第6 章 数控机床的伺服驱动系统
机械电子工程系 机械设计制造及其自动化教研室
李德俭 副教授
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目录
第一节 概 述 第二节 步进电动机伺服系统 第三节 数控机床的位置检测装置 第四节 直流电动机伺服系统 第五节 交流电动机伺服系统 复习题
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第一节 概 述
❖ 一、数控机床伺服系统Hale Waihona Puke Baidu概念及组成
❖ 数控机床伺服系统是指以数控机床移动部件 的位置和速度作为控制对象的自动控制系统。 它接受来自数控装置的进给指令信号，经变 换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线 或旋转运动。数控机床伺服系统又称为位置 随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。