典型进给伺服系统
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典型进给伺服系统 1．由步进电机构成的开环控制系统（１）
由步进电机构成的开环控制系统因受所能达到的精度的限制，目前 常用于普通机床的数控改造上。
采用步进电机开环伺服系统的数控机床，其数控装置多由单片机构 成，步进电机由于采用脉冲方式工作，且各相需按一定规律分配脉冲， 因此，由步进电机所构成的开环控制系统中，需要脉冲分配逻辑和脉 冲产生逻辑，这个功能由环形脉冲分配器实现。还要求有功率驱动部 分。为了保证步进电机不失步地启停，要求控制系统具有升降速控制 环节． 1．由步进电机构成的开环控制系统（２）
PA（θ）和 PB（θ）为两个同频的脉冲信号，它们的相位差Δθ反 映了指令位置与实际位置的偏差，由鉴相器判别检测。伺服放大器和 伺服电机构成的调速系统，接受相位差Δθ信号以驱动工作台朝指令 位置进给，实现位置跟踪。 2．闭环进给位置伺服系统（8）
幅值比较伺服系统 是以位置检测信号的幅值大小来反映机械位 移的数值，并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比较构成的闭环 控制系统。该系统的特点之一是所用的位置检测元件应工作在幅值工 作方式，而幅值比较数控送料机伺服系统常用的检测元件是感应同步 器和旋转变压器。 3．半闭环进给位置伺服系统
影响精度的因素 精度取决于步进电机和机械装置的精度。系统 中，步进电机的步距角精度，机械传动部件的精度，丝杠、支承的传 动间隙以及传动和支承件的变形等，将直接影响进给位移的精度。为
Fra Baidu bibliotek
了提高系统的精度，应该适当提高系统组成环节的精度，此外，还可 采取传动间隙补偿和螺距误差补偿等补偿措施。 2．闭环进给位置伺服系统（1）
基本控制原理 由数控装置送来的—定频率和数量的指令脉冲，经 步进电机环形分配器分配和功率放大器放大后驱动步进电机旋转。
步进电机的使用 步进电机的角位移或线位移与脉冲数成正比，其 转速与脉冲频率成正比，它将指令脉冲变成步进电机输出轴的旋转运 动。 1．由步进电机构成的开环控制系统（3）
步进电机开环伺服系统结构简单，安装调试方便，成本低，但精度 有限。
半闭环伺服系统的基本构成 系统由位置控制单元和速度控制单 元构成。光电脉冲编码器发出的脉冲，一方面用作位置的反馈信号， 另一方面用作测速信号。当电机的负载变化时，反馈脉冲信号的频率 将随着变化。频率—电压变换器的作用是输出与反馈脉冲信号的频率 变化成正比的直流电压信号，该信号就是速度单元的速度反馈信号， 它与速度指令电压比较来控制伺服电机转速。
脉冲分离原理 当加、减脉冲先后到来时，脉冲本身就是分离的， 则可直接进入可逆计数器按预定的要求作加法计数或减法计数；若 加、减脉冲同时到来时，则由硬件逻辑电路保证，先作加法计数，然 后经过几个时钟的延时再作减法计数，这样，可保证两路计数脉冲信 号均不会丢失。 2．闭环进给位置伺服系统（7）
相位伺服系统的组成及工作原理 在采用感应同步器作为位置检 测元件的相位伺服系统中，感应同步器取相位工作状态，以定尺的相 位检测信号经整形放大后所得的 PB（θ）作为位置反馈信号。指令 脉冲 F 经脉冲调相后，转换成重复频率为 f0 的脉冲信号 PA（θ）。
闭环系统的分类 由于闭环、半闭环控制系统采用的位置检测元件 不同，使得指令信号与位置反馈信号的比较方式不同，通常有脉冲比 较、相位比较和幅值比较三种不同的比较方式。
2．闭环进给位置伺服系统（3） 脉冲比较伺服系统工作原理 数控冲床系统按功能模块大致可分
为三部分：采用光电脉冲编码器产生位置反馈脉冲 Pf；实现指令脉冲 F 与反馈脉冲 Pf 的脉冲比较环节，以取得位置偏差信号 e；以位置偏 差 e 作为速度调节系统。 2．闭环进给位置伺服系统（4）
数控机床的位置控制是数控机床伺服系统的重要组成部分。闭环位 置控制主要采用直流伺服电动机或交流伺服电动机驱动，机床工作台 的实际位移可通过检测装置及时反馈给数控装置中的比较器，以便与 指令位移信号进行比较，两者的差值又作为伺服电机的控制信号，进 而驱动工作台消除位移误差。 2．闭环进给位置伺服系统（2）
脉冲比较电路 在脉冲比较伺服系统中，实现指令脉冲 F 与反馈脉 冲 Pf 的比较后，才能检测出位置的偏差。脉冲比较电路的基本组成 有两个部分：一是脉冲分离部分，二是可逆计数器。
2．闭环进给位置伺服系统（5） 应用可逆计数器实现脉冲比较的基本原理 当输入指令脉冲为正（即 F＋）或反馈脉冲为负（即 Pf－）时，可逆计数器作加法计数；当指 令脉冲为负（即 F－）或反馈脉冲为正（即 Pf＋）时，可逆计数器作 减法计数。 举例 设初始状态的可逆计数器为全 0，工作台静止。然后突加正向 指令脉冲 F＋=＋1，计数器加 l，在工作台移动之前，可逆计数器的 输出即位置偏差 e=+l。为消除偏差，工作台应作正向移动，随之产生 反馈脉冲外 Pf＋=＋1，应使可逆计数减 1，e=0。这样，工作台就在 正向前进一个脉冲当量的位置上停下来。反之，F－来一个脉冲即 F －=＋1，使计数器减 l，e=－l。则有 Pf－=＋1，使计数器加 1，e=0。 2．闭环进给位置伺服系统（6）
由步进电机构成的开环控制系统因受所能达到的精度的限制，目前 常用于普通机床的数控改造上。
采用步进电机开环伺服系统的数控机床，其数控装置多由单片机构 成，步进电机由于采用脉冲方式工作，且各相需按一定规律分配脉冲， 因此，由步进电机所构成的开环控制系统中，需要脉冲分配逻辑和脉 冲产生逻辑，这个功能由环形脉冲分配器实现。还要求有功率驱动部 分。为了保证步进电机不失步地启停，要求控制系统具有升降速控制 环节． 1．由步进电机构成的开环控制系统（２）
PA（θ）和 PB（θ）为两个同频的脉冲信号，它们的相位差Δθ反 映了指令位置与实际位置的偏差，由鉴相器判别检测。伺服放大器和 伺服电机构成的调速系统，接受相位差Δθ信号以驱动工作台朝指令 位置进给，实现位置跟踪。 2．闭环进给位置伺服系统（8）
幅值比较伺服系统 是以位置检测信号的幅值大小来反映机械位 移的数值，并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比较构成的闭环 控制系统。该系统的特点之一是所用的位置检测元件应工作在幅值工 作方式，而幅值比较数控送料机伺服系统常用的检测元件是感应同步 器和旋转变压器。 3．半闭环进给位置伺服系统
影响精度的因素 精度取决于步进电机和机械装置的精度。系统 中，步进电机的步距角精度，机械传动部件的精度，丝杠、支承的传 动间隙以及传动和支承件的变形等，将直接影响进给位移的精度。为
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了提高系统的精度，应该适当提高系统组成环节的精度，此外，还可 采取传动间隙补偿和螺距误差补偿等补偿措施。 2．闭环进给位置伺服系统（1）
基本控制原理 由数控装置送来的—定频率和数量的指令脉冲，经 步进电机环形分配器分配和功率放大器放大后驱动步进电机旋转。
步进电机的使用 步进电机的角位移或线位移与脉冲数成正比，其 转速与脉冲频率成正比，它将指令脉冲变成步进电机输出轴的旋转运 动。 1．由步进电机构成的开环控制系统（3）
步进电机开环伺服系统结构简单，安装调试方便，成本低，但精度 有限。
半闭环伺服系统的基本构成 系统由位置控制单元和速度控制单 元构成。光电脉冲编码器发出的脉冲，一方面用作位置的反馈信号， 另一方面用作测速信号。当电机的负载变化时，反馈脉冲信号的频率 将随着变化。频率—电压变换器的作用是输出与反馈脉冲信号的频率 变化成正比的直流电压信号，该信号就是速度单元的速度反馈信号， 它与速度指令电压比较来控制伺服电机转速。
脉冲分离原理 当加、减脉冲先后到来时，脉冲本身就是分离的， 则可直接进入可逆计数器按预定的要求作加法计数或减法计数；若 加、减脉冲同时到来时，则由硬件逻辑电路保证，先作加法计数，然 后经过几个时钟的延时再作减法计数，这样，可保证两路计数脉冲信 号均不会丢失。 2．闭环进给位置伺服系统（7）
相位伺服系统的组成及工作原理 在采用感应同步器作为位置检 测元件的相位伺服系统中，感应同步器取相位工作状态，以定尺的相 位检测信号经整形放大后所得的 PB（θ）作为位置反馈信号。指令 脉冲 F 经脉冲调相后，转换成重复频率为 f0 的脉冲信号 PA（θ）。
闭环系统的分类 由于闭环、半闭环控制系统采用的位置检测元件 不同，使得指令信号与位置反馈信号的比较方式不同，通常有脉冲比 较、相位比较和幅值比较三种不同的比较方式。
2．闭环进给位置伺服系统（3） 脉冲比较伺服系统工作原理 数控冲床系统按功能模块大致可分
为三部分：采用光电脉冲编码器产生位置反馈脉冲 Pf；实现指令脉冲 F 与反馈脉冲 Pf 的脉冲比较环节，以取得位置偏差信号 e；以位置偏 差 e 作为速度调节系统。 2．闭环进给位置伺服系统（4）
数控机床的位置控制是数控机床伺服系统的重要组成部分。闭环位 置控制主要采用直流伺服电动机或交流伺服电动机驱动，机床工作台 的实际位移可通过检测装置及时反馈给数控装置中的比较器，以便与 指令位移信号进行比较，两者的差值又作为伺服电机的控制信号，进 而驱动工作台消除位移误差。 2．闭环进给位置伺服系统（2）
脉冲比较电路 在脉冲比较伺服系统中，实现指令脉冲 F 与反馈脉 冲 Pf 的比较后，才能检测出位置的偏差。脉冲比较电路的基本组成 有两个部分：一是脉冲分离部分，二是可逆计数器。
2．闭环进给位置伺服系统（5） 应用可逆计数器实现脉冲比较的基本原理 当输入指令脉冲为正（即 F＋）或反馈脉冲为负（即 Pf－）时，可逆计数器作加法计数；当指 令脉冲为负（即 F－）或反馈脉冲为正（即 Pf＋）时，可逆计数器作 减法计数。 举例 设初始状态的可逆计数器为全 0，工作台静止。然后突加正向 指令脉冲 F＋=＋1，计数器加 l，在工作台移动之前，可逆计数器的 输出即位置偏差 e=+l。为消除偏差，工作台应作正向移动，随之产生 反馈脉冲外 Pf＋=＋1，应使可逆计数减 1，e=0。这样，工作台就在 正向前进一个脉冲当量的位置上停下来。反之，F－来一个脉冲即 F －=＋1，使计数器减 l，e=－l。则有 Pf－=＋1，使计数器加 1，e=0。 2．闭环进给位置伺服系统（6）