第五章 伺服驱动系统5

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伺服驱动系统工作原理

伺服驱动系统工作原理

伺服驱动系统工作原理伺服驱动系统是一种通过控制信号来控制运动的电动机驱动系统。

它通常由伺服电机、伺服控制器和反馈设备组成。

伺服电机负责执行实际的运动任务,伺服控制器负责发送控制信号,反馈设备则负责向伺服控制器提供运动的实际状态信息。

1.目标设定:用户通过控制接口设定所需的运动参数,例如位置、速度和加速度等。

2.控制信号生成:伺服控制器根据用户设定的目标参数生成相应的控制信号。

这些控制信号通常是电压或电流信号,用于驱动伺服电机执行相应的运动。

3.运动执行:控制信号被发送到伺服电机,电机根据信号的变化来实现运动。

例如,当控制信号表示需要加速时,伺服电机会逐渐增加输出力矩来提供所需的加速度。

4.反馈控制:伺服电机在运动过程中,通过反馈设备不断地提供当前位置、速度和加速度等运动状态信息给伺服控制器。

伺服控制器根据这些反馈信息,实时调整控制信号以达到精确的运动控制。

5.防干扰措施:伺服驱动系统通常会采取一些措施来提高其抗干扰能力。

例如,使用过滤器来滤除噪声干扰,或者使用信号补偿算法来弥补传感器误差带来的影响。

6.运动停止:当伺服电机达到用户设定的目标位置、速度或加速度时,伺服驱动系统会停止相应的控制信号,从而停止运动。

伺服驱动系统的工作原理基于控制理论和反馈控制原理。

通过不断地比较目标设定值和实际反馈值,伺服驱动系统能够实现高精度的运动控制。

同时,伺服驱动系统还能够根据需要进行速度或位置的调整,并具备一定的自我保护机制,例如过载保护和过热保护等。

总之,伺服驱动系统是一种通过控制信号和反馈信息来实现精确运动控制的驱动系统。

它具备高精度、高稳定性、强鲁棒性和较强的抗干扰能力等优点,被广泛应用于机械设备、自动化系统、机器人、工业生产线等领域。

伺服驱动系统-直流电机

伺服驱动系统-直流电机

转速
带励磁线圈的直流电机
励磁线圈 转子线圈
因为 Ri 很小
V vb Ri vb
因为 vb kv 和 与 i成比例
力 矩
串 励
转速
所以 V 与 i 成比例
V kvi
V 是常数 ,所以速度和电流成反比
带励磁线圈的直流电机
它提供最低的起动转矩和一个低 得多的空载速度,具有良好的调速
电枢 线圈
如此循环往复,便可以实现无刷 直流电机的连续工作。 无刷直流电机正转的换相状态图 如图所示。 电机反转与之类似。
无刷电机驱动电路的基本结构
无刷电机驱动要完成的两个基本功能:换相和调速
+DC
SW1
+ VDC
SW2
0
SW3 SW5
无刷直流电机的电子换相
A 和调速需要逆变器来完成,逆
B 变器用来控制电动机定子上各
N
原U 理

S
换向片
转子
I
磁极
磁极
定子
I
电流
电刷
开口环换向器
直流电源
电刷
换向器
线圈
电刷
+ U
F N
I
F IБайду номын сангаас

S
换向片
注意:换向片和电源固定联接,线圈无论怎样转 动,总是上半边的电流向里,下半边的电流向外。 电刷压在换向片上。
由左手定则,通电线圈在磁场的作用下, 使线圈逆时针旋转。
电刷
FE
+
N IE
励磁 线圈
机械特性硬,启动转矩小,调速性能好
力 矩
转速
并励
转子线圈
励磁线圈

5数控机床伺服驱动和检测

5数控机床伺服驱动和检测

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第一节 概述
但直流电机有电刷,限制了转速的提高,而且结构复杂,价格 也高。进入80年代后,由于交流电机调速技术的突破,交流伺服 驱动系统进入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服电机,转 子惯量比直流电机小,动态响应好。而且容易维修,制造简单, 适合于在较恶劣环境中使用,易于向大容量、高速度方向发展, 其性能更加优异,已达到或超过直流伺服系统,交流伺服电机已 在数控机床中得到广泛应用。 直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向剖开,然后拉直演 变而成,利用电磁作用原理,将电能直接转换成直线运动动能的 一种推力装置,是一种较为理想的驱动装置。在机床进给系统中, 采用直线电动机直接驱动与旋转电动机的最大区别是取消了从电 动机到工作台之间的机械传动环节,把机床进给传动链的长度缩 短为零。正由于这种传动方式,带来了旋转电动机驱动方式无法 达到的性能指标和优点。由于直线电动机在机床中的应用目前还 处于初级阶段,还有待进一步研究和改进。随着各相关配套技术 的发展和直线电动机制造工艺的完善,相信用直线电动机作进给 驱动的机床会得到广泛应用。
选择:①伺服系统要求的分辨率; ②考虑机械传动系统的参数。
分辨率(分辨角)α
设增量式码盘的规格为 n 线/转:
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二、脉冲编码器
第 五 章 数 控 机 床 的 驱 动 装 置
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二、脉冲编码器
第 五 章 数 控 机 床 的 驱 动 装 置
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二、脉冲编码器
第 五 章 数 控 机 床 的 驱 动 装 置
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第一节 概述
数控机床闭环进给系统的一般结构如图所示,这是一个双闭环系统,内环 为速度环,外环为位置环。速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。速 度控制单元是一个独立的单元部件,它是用来控制电机转速的,是速度控制系 统的核心。速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等。位置环是由CNC装置 中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。由速度 检测装置提供速度反馈值的速度环控制在进给驱动装置内完成,而装在电动机 轴上或机床工作台上的位置反馈装置提供位置反馈值构成的位置环由数控装置 来完成。伺服系统从外部来看,是一个以位置指令输入和位置控制为输出的位 置闭环控制系统。但从内部的实际工作来看,它是先把位置控制指令转换成相 应的速度信号后,通过调速系统驱动伺服电机,才实现实际位移的。

第五章 伺服驱动系统PPT课件

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

第五章 数控机床的伺服驱动系统

第五章 数控机床的伺服驱动系统
机可能在过载的条件下工作,这就要求电动机有较强的抗过 载能力。通常要求在数分钟内过载4~6倍而不损坏。
(7)惯性匹配 移动部件加速和降速时都有较大的惯量,由于要求系统
的快速响应性能好,因而电动机的惯量要与移动部件的惯量 匹配。通常要求电动机的惯量不小于移动部件惯量。
数控机床的伺服驱动系统
5.2 位置控制
D/A 转换器
伺服放大器
伺服 电动机
Pf 反馈脉冲
位置检测
脉冲处理
图 5-2 脉冲比较伺服系统结构框图
工作台
光栅或光 电编码器
数控机床的伺服驱动系统
(1) 由计算机数控制装置提供指令的脉冲。 (2) 反映机床工作台实际位置的位置检测器。 (3) 完成指令信号与反馈信号相比较的比较器。 (4) 将比较器输出数字信号转变成伺服电动机模拟控制 信号的数/模转换器。 (5) 执行元件(伺服电动机)。
数控机床的伺服驱动系统
(1)指令脉冲PC=0,这时反馈脉冲Pf=0,则Pe=0,则伺
服电动机的速度给定为零,工作台继续保持静止不动。
(2)现有正向指令PC+=2,可逆计数器加2,在工作台尚 未移动之前,反馈脉冲Pf+=0,可逆计数器输出Pe=Pc+-Pf+=2
-0=2,经转换,速度指令为正,伺服电动机正转,工作台 正向进给。
CP A9 ≥1
CP
RC
+Vcc B
A A10 RD Q +Vcc
A3
DS
A4
Q CP
≥1
A7
DS
CPQ
A8 ≥1
RC
+Vcc BQ
A A11 RD +Vcc
D Q7 A12

伺服驱动技术

伺服驱动技术
系统精度
伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度,以误差的形式 表现,可概括为动态误差、稳态误差和静态误差三个方面组成。
稳定性 伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后,系统能够 恢复到原来稳定状态的能力;或者当给系统一个新的输入指令后,系统 达到新的稳定运行状态的能力。
响应特性
响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度,决定了系 统的工作效率。响应速度与许多因素有关,如计算机的运行速度、 运动系统的阻尼和质量等。
Ra CeC 2
T
由上式知,直流伺服电机的控制方式如下:
(1)调压调速(变电枢电压)
(2)调磁调速(变励磁电流)
(3)改变电枢回路电阻调速
转向取决于电磁转矩 T 的方向,而 T 的方向 取决于 Φ 和 Ia 的方向。
+ Ia
Ua
M
If + Uf
+ Ia
Ua
M

-磁

Uf

If +




If +
360° zN
=
360° 40×3
= 3°
②采用三相六拍时: θ=
360° zN
=
360° 40×6
= 1.5°
3.步进电动机驱动电源
(1)作用 : 发出一定功率的电脉冲信号,使定子励 磁绕组 顺序通电。
与一般交流和直流电动机所不同的是,步进电动机定子绕 组所加的电源形式为脉冲电压,而不是正弦电压或者恒定 直流电压。
U2
3
U1
V2
W2
V2
W2
V2
W2
W1
V1
W1

伺服驱动系统-步进电动机与交流伺服电动机的比较

伺服驱动系统-步进电动机与交流伺服电动机的比较
4.过载能力不同
步ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电动机一般不具有过载能力,而交流伺服电动机有较强 的过载能力,一般最大转矩可为额定转矩的3倍,可用于克服惯 性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电动机因为没有这种过载能 力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的 电动机,便出现了力矩浪费的现象。
5.运行性能不同
步进电动机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易 出现丢步或堵转的现象;停止时如转速过高,易出现过冲的现象, 所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动 系统为闭环控制,内部构成位置环和速度环,一般不会出现丢步 或过冲现象,控制性能更为可靠。
6.速度响应性能不同
步进电动机从静止加速到工作速度(一般为几百RPM)需要 200~400ms。交流伺服驱动系统的加速性能较好,从静止加速到 工作速度(如3000RPM),一般仅需几毫秒,可用于快速启动的 控制场合。
7.效率指标不同
步进电动机的效率比较低,一般60%以下。交流伺服电机的 效率比较高,一般80%以上。因此步进电动机的温升也比交流伺 服电机的高。
2.低频特性不同
两相混合式步进电动机在低速运转时易出现低频振动现象。 交流伺服电动机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现低频振 动现象。
3.矩频特性不同
步进电动机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高速是会 急剧下降。交流伺服电动机为恒力矩输出,即在额定转速(如 3000RPM)以内,都能输出额定转矩。
第五章 伺服驱动系统
5.6 步进电动机与交流伺服电 动机的性能比较
1. 控制精度不同 2. 低频特性不同 3. 矩频特性不同 4. 过载能力不同 5. 运行性能不同 6. 速度响应性能不同 7. 效率指标不同
1.控制精度不同

伺服驱动系统-常用伺服执行元件

伺服驱动系统-常用伺服执行元件

PC104
USB接口 CAN卡
104总线
CANopen
机械臂复位
绝对编码器 绝对编码器 绝对编码器
接近开关
接近开关
扭矩传感器
传感器信号 转接板
GPIO
8051单片机
CAN通信 USB接口 串口通信 以太网接口 LCD液晶显示
机械臂电机驱 动器1
机械臂+送管机构
肩关节电机
光电编码器
机械臂电机驱 动器5
第五章 伺服驱动系统
5.2 常用伺服执行元件
5.2.1 执行元件的种类及特点
执行元件的特点以及优缺点
种类
特点
可用商业电源;
电 信号与动力传送方 气 向相同;有交流直 式 流之分;注意使用
电压和功率。
优点
缺点
操作简便;编程容易; 瞬时输出功率大; 能实现定位伺服控制; 过载差;一旦卡死, 响应快、易与计算机 会引起烧毁事故; (CPU)连接;体积小、受外界噪音影响大。 动力大、无污染。
压 操作人员技术熟练。 位伺服控制;易与计 求严格;易产生泄

算机(CPU)连接。 露而污染环境。
5.2.2 对伺服执行元件的基本要求
(1) 体积小、重量轻、输出功率大
功率密度——执行装置单位重量所能达到的输出功率
PG P / G(W / N )
反映了电动机单位重量的输出功率,在电动机起停频率 低,但要求运行平稳和扭矩脉动小的场合可采用这一指标 。
步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机
5.2.3 电机概述
电动机是电能转换为机械能的基本装置,在各行各业广泛 应用。
• 直流电机 • 交流电机 步进电机
直流电动机
交流电动机

伺服驱动系统

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

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
+


指令 工

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


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

伺服驱动与控制—控制算法

伺服驱动与控制—控制算法
第五章 伺服驱动与控制— 控制算法
主要内容
一、概述 二、数字PID控制算法
3.1 PID控制算法原理 3.2 位置式PID控制 3.3 增量式PID控制 3.4 PID参数整定方法 三、模糊控制算法 四、模型参考自适应控制算法 五、自抗扰控制算法 六、神经网络控制算法
一、概述
控制算法的主要作用是改善控制系统的能(包括稳 定性、响应速度和控制精度),其中PID控制作为反馈控 制的最基本算法,具有结构简单、抗扰能力强、易于调 试等特点。虽然控制理论和微处理器技术已经有了快速 发展,PID控制仍是工业过程中的最重要的控制方法。统 计结果表明,工业控制中80%多的控制回路采用PID算法, 且大多数为结构更为简单的PI控制器。然而,只有30%的 控制回路工作在“满意”状态,因此系统的研究PID控制 原理和参数整定方法是十分必要的。
建立在系统临界增益ku或临界周期Tu的基础上,整定公式为
临界比例法确定的控制器参数
控制器类型 P PI
PID
kp 0.5ku 0.45 ku 0.6 ku
Ti
0.85Tu 0.5Tu
Td 0.12 Tu
2.4.2 PID参数自整定方法─ 2、控制器参数正定方法
满足稳定裕量的PI控制器设计方法
该方法针对一阶加滞后模型提出,使得到的闭环系统满 足给定的增益裕量和相位裕量。PI控制器整定公式为
T k
ee
uk Kp[ek Ti j0ej Td
k
] k1
T
k
u k
Kpek Ki
ej Kd(ek ek1)
j0
二、数字PID控制算法
开始


计算Aek
位置式PID控制算法的缺点 由于全量输出,所以每次输出

第五章_机电传动伺服系统

第五章_机电传动伺服系统

伺服系统概述
模拟控制方式的特点: 控制系统响应速度快,调速范围宽; 易于与常见输出模拟速度指令的CNC接 口; 系统状态及信号变化易于观测; 系统功能由硬件实现,易于掌握,有利 于使用者进行维护、调整; 模拟器件温漂和分散性对系统的性能影 响较大,系统的抗干扰能力较差; 难于实现复杂的控制算法,系统缺少柔 性。
伺服系统概述
5.1 伺服系统的基本概念
5.1.1 伺服的定义
伺服系统是指执行机构按照控制信号的要 求而动作。 主要任务:按照控制命令要求,对信号变 换、调控和功率放大等处理,使驱动装置输出 的转矩、速度及位置都能得到灵活的控制。
伺服系统概述
5.1.2 伺服系统的组成
组成:检测部分、误差放大部分、执行部
伺服系统概述
5.3.1.2 感应型交流伺服电机 随着电力电子技术、微处理器技术与磁场 定向控制技术的快速发展,使感应电机可以达 到与他励式直流电机相同的转矩控制特性,再 加上感应电机本身价格低廉、结构坚固及维护 简单的优点,感应电机逐渐在高精密速度及位 置控制系统得到越来越广泛的应用。
感应电机的定子电流中,包含相当于直流 电机励磁电流与电枢电流的两个成分。
伺服系统概述
5.5 交流伺服系统常用性能指标
(1) 调速范围D 伺服系统在额定负载时所提供的最高转速 与最低转速之比: nmax D nmin (2)转矩脉动系数 额定负载下转矩波动的峰峰值与平均转矩 之比:
TP P KTr 100% Tavg
伺服系统概述
(3) 稳速精度 伺服系统在最高转速、额定负载条件下, 令电源电压变化、环境温度变化,或电源电压 与环境温度都不变,连续运行若干小时,系统 电机的转速变化与最高转速的百分比分别称为 电压变化的稳速精度、温度变化的稳速精度、 时间变化的稳速精度。

伺服驱动系统原理

伺服驱动系统原理

伺服驱动系统原理
伺服驱动系统的工作原理主要包含以下几个步骤:
1. 输入信号处理:伺服驱动系统接收来自控制器的输入信号,这些信号通常是模拟或数字信号。

输入信号经过处理后将传递给驱动器。

2. 反馈信号采集:伺服驱动系统通过反馈装置采集伺服电机的位置或速度信息。

这些反馈信号将用于控制伺服电机的运动。

3. 误差计算:伺服驱动系统将输入信号和反馈信号进行比较,计算出误差。

误差是控制器用来调整驱动器输出信号的基础。

4. 功率驱动单元:功率驱动单元通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。

再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动交流伺服电机。

这个过程可以简单的理解为AC-DC-AC的过程。

5. 控制方式:伺服驱动器一般都有三种控制方式:位置控制方式、转矩控制方式、速度控制方式。

总的来说,伺服驱动系统是一个非常复杂的系统,其工作原理涉及多个环节和步骤。

如需了解更多信息,建议查阅相关文献或咨询专业人士。

伺服驱动系统概述

伺服驱动系统概述

伺服驱动系统概述伺服驱动系统是一种用于控制机械运动的系统,其中伺服动力装置控制着执行运动的设备,如伺服电机、伺服阀、伺服活塞等。

该系统通过传感器检测和反馈设备位置、速度和力量,并通过与外部控制器通信来控制设备的运动。

伺服驱动系统在工业生产中被广泛应用,能够实现高精度、高速和高可靠性的运动控制。

它被应用于自动化机械领域,如机床、印刷机、纺织机械、自动包装机、搬运机器人等。

此外,伺服驱动系统也广泛应用于航空航天、汽车、电子设备等领域。

伺服驱动系统一般由三个基本部分组成:伺服动力装置、传感器和控制器。

伺服动力装置负责执行运动,传感器用于检测设备的位置、速度和力量,控制器用于接收传感器反馈信号,并根据预定的要求来调整伺服动力装置的运动。

伺服动力装置通常是一个伺服电机,它通过驱动机械传输部件,将电能转换为机械能,从而实现设备的运动。

伺服电机具有高精度、高功率密度和高响应速度的特点,能够满足各种工作环境和负载要求。

常见的伺服电机类型包括直流伺服电机、交流伺服电机和步进伺服电机。

传感器用于检测设备的位置、速度和力量,并将测量结果转换为电信号进行反馈。

这些传感器包括编码器、位置传感器、速度传感器和力传感器等。

编码器通过检测转子位置来确定伺服电机的位置,并将这些位置信息反馈给控制器。

位置传感器和速度传感器用于检测设备的位置和速度,并将结果反馈给控制器。

力传感器用于测量设备施加的力,并将结果反馈给控制器,以实现负载控制和力控制。

控制器是伺服驱动系统的核心部分,它接收传感器的反馈信号,并根据预定的要求来调整伺服动力装置的运动。

控制器通常由一个数字信号处理器和一个运动控制器组成。

数字信号处理器用于接收传感器的信号,并进行数学运算和控制算法的实现。

运动控制器负责控制伺服电机的速度和位置,以及其他相关参数的调整。

总之,伺服驱动系统是一种用于控制机械运动的系统,包括伺服动力装置、传感器和控制器。

它通过实时检测和反馈设备的位置、速度和力量来控制设备的运动,并实现高精度、高速和高可靠性的运动控制。

伺服驱动系统-步进电机

伺服驱动系统-步进电机
第五章 伺服驱动系统
5.4 步进电机
1.步进电动机的定义:是一种专门用于速度
和位置精确控制的特种电机,它旋转是以固定的 角度(称为步距角)一步一步运行的,故称步进 电机。
2.步进电动机的工作原理
以单极性电机为例来解释工作原理。
(1) 步进电机概述
步进电动机的工作原理与特点
原理:步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号转 换成线位移或角位移的电机。每来一个电 脉冲,电机转动一个角度,带动机械移动 一小段距离。
后端盖 塑料骨架 塑料骨架 转子铁芯 转子铁芯 轴承
转轴成平行方向的断面图
步进电动机的定子铁心,在内周有六个磁极,每个磁极 上有5个小齿,径向的两个磁极组成一对磁极,定子铁心由冲
制的硅钢片叠制而成。
步进电动机的转子铁心,转子上没有线圈,但在外圆周 有40个小齿,齿宽与齿间隔大小一样,转子铁心也由冲制的 硅钢片叠制而成。
2)永磁式(PM-Permanent Magnet ) :转子的极数= 每相定子极数,不开小齿,步距角较大,力矩较大。 3)混合式(HB-Hybrid): 开小齿,混合反应式与永磁
式优点:转矩大、动态性能好、步距角小。
基本术语
1)步距角 β (步距) ——当输入一个电脉冲时所转过的一个固定角度。
2)位移量与输入脉冲数严格成比例(无误差积累)。 3)各种运行特性由下列条件决定:
和齿距相等。 2. 规定:
当一相磁极下定子 与转子的齿相对时,下
一相磁极下定子与转子
齿的位置刚好错开 / m
(—齿距,m—相数)。
三相反应式步进电动机结构示意图 1—定子 2—转子 3—定子绕组
3. 公式:
l 齿距 360 (Z—转子齿数)
Z

数控加工技术-第五章 数控机床的伺服系统

数控加工技术-第五章 数控机床的伺服系统

《数控加工技术》
2. 步进电动机的工作原理 反应式步进电动机又叫可变磁阻式 (Variable Reluctance) 步进电动机, 简称 VR 电动机。 (1) 反应式步进电动机的结构
图 5-5 径向式三相反应式电动机的结构原理 1—绕组 2—定子铁心 3—转子铁心 4—A 相
图 5-6 三相轴向分相式反应式步进电动机的结构原理 1—外壳 2—C 段绕组 3—C 段定子 4—转轴 5—C 段检转子 6—空气隙
《数控加工技术》
1. 步进电动机的分类 步进电动机的种类繁多, 步进电动机按运动方式可分为旋转运动、 直线运动、 平面运 动和滚切运动式步进电动机; 按工作原理可分为反应式 (磁阻式)、 电磁式、 永磁式、 永磁 感应子式步进电动机; 按使用场合可分为功率步进电动机和控制步进电动机; 按结构可分为单 段式 (径向式)、 多段式 (轴向式)、 印刷绕组式步进电动机; 按相数可分为三相、 四相、五 相步进电动机等; 按使用频率可分为高频步进电动机和低频步进电动机。 不同类型的步进电 动机, 其工作原理、 驱动装置也不完全一样。
普通高等教育3D版机械类规划教材
数 控 加 工 技 术(3D版)
2020.8
《数控加工技术》
第五章 数控机床的伺服系统
§5-1 数控机床的伺服系统概述 §5-2 伺服系统的驱动元件 §5-3 伺服系统的位置检测装置
《数控加工技术》 5.1 数控机床的伺服系统概述
5.1.1 伺服系统的组成及工作原理
《数控加工技术》
3) 三相六拍工作方式。 若定子绕组的通电顺序是A→AB→B→BC→C→CA→A→……, 这 种通电方式是单、 双相轮流通电。
《数控加工技术》
5.1.3 数控伺服系统的分类
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相位比较伺服系统的闭环和半闭环的区别
在检测元件上的不同点: 在半闭环控制中,多采用 旋转变压器作为检测元件;在闭环控制中,多采用感应 同步器作为检测元件。
在安装位置上的不同点:半闭环的检测元件一般安 装在丝杠轴上,而闭环的检测元件则安装在工作台上。
脉冲调相器的作用: 将来自数控装置的进给脉冲信
系统最后输出逻辑电平型的脉宽调制信号,直接送至 PWM功率放大器模块,该功率模块上也可以有电机的电 流检测和脉冲编码器的中继传送等电路。
2. 全数字伺服系统的特点
① 在全数字系中,对逻辑电平以下的信号漂移、噪声干扰 将不予响应,而且还可用软件进行自动补偿,因而提高 了速度、位置控制的精度和稳定性。
② 在全硬件的模拟控制系统中,微弱信号的信、噪分离很 困难,很难将控制精度提高到毫微级别以上,而在全数 字伺服系统中,可以通过增加数字信号的位长,达到所 要求的控制精度。
③ 由于是软件控制,在全数字伺服系统中,可以预先设定 数值进行反向间隙补偿;可以进行定位精度的软件补偿; 甚至因热变形或机构受力变形所引起的定位误差,也可 以在实测出数据后通过软件进行补偿。
四、全数字进给伺服系统
1. 概述
在进给伺服系统的研究开发中,一直致力于用软件控制 尽可能多地取代硬件电路,以降低系统的成本和提高系统 的性能。
随着高速数字信号处理器、单片微型计算机、大规模集 成电路的出现;可用逻辑电平控制其通断的功率晶体管、 功率场效应管的商品化,使得高精度、多功能的全数字进 给伺服系统发展很快,并将逐渐成为进给伺服系统的主流。
④ 全数字伺服系统中控制调节环节全部软件化,很容易 引进经典和现代控制理论中的许多控制策略,如比例 (P),比例-积分(PI)和比例-积分-微分(PID)控制 等,而且这些控制调节环节的结构和参数可以根据负载 惯量等条件的不同,通过软件进行设定和修改。这样可 以使系统的控制性能达到最完善的程度,得到最佳的控 制效果。
(1) 开始时,指令脉冲 F=0,且工作台处于静止状态,则反 馈脉冲Pf =0,经比较环节 e=F一Pf =0,伺服电机的速度给 定为0,伺服电机不动,工作台仍处于静止状态。
((22)) 当当指指令令脉脉冲冲FF>>oo,,工作台在没有移动之前,反馈脉冲 过工P正较作转f((程作向环台换34仍))相台进节重后为当比类稳给 。 新,0指较似定。按稳变,令环,在随负定为经脉节只指着反在模比冲输是令电馈指拟较F出此所机原令给环<的时规的 理 所定节o位,定e运,规电e<置其=的转当定压o偏控F反,的,,F一差制=向检位使工PP信过位测置模f作f>号时程置元。拟台0e,与上件调,向是偏正。的速调反一差向反系速方个指馈e统系向数=令脉工统进字F脉冲作驱给一量冲信。动。P,的f号工最=经控进作后0D,制/入台,工A比向
(2) 当指令脉冲 F>0,经脉冲调相器,PA = +qo,因工作 台,过原伺(程3)来服相当静 驱类指止动似令,使,脉工P只B冲作=是F台0此<,作时0鉴,正P相A其向器=控运的制动- q输过,o 出,程直△工与至q作正△=台向qP=向指A一0反令。P方脉B向=冲进的+q给控o>。制o 直至△q =0 。
2. 幅值比较伺服系统的闭环和半闭环的比较
幅值比较伺服系统的闭环和半闭环的区别
在检测元件上的不同点: 在半闭环控制中,多采用 旋转变压器作为检测元件;在闭环控制中,多采用感应 同步器作为检测元件。
在安装位置上的不同点:半闭环的检测元件一般安 装在丝杠轴上,而闭环的检测元件则安装在工作台上。
鉴幅器的任务 通过检测出检测元件输出电压信号的
如伺服系统的速度控制采用PI控制方式,并且系统中 引入自校正机构,使系统形成自适应PI控制方式。一方面 系统可以自动辨识被控机械对象的参数,主要是机械负载 的转动惯量,自动整定控制器参数,以适应被控对象参数 的变化。另一方面系统具有常规PI调节器结构简单、工作 稳定、鲁棒性较强等优点。
③ 其他控制
由于全数字伺服系统,以通用微型计算机的硬件为基 础,进行软件控制,可以很灵活地采用不同的控制策略。 目前发展的控制方法还有:预测控制、学习控制和各种自 适应控制等等。
特点: 结构比较简单,易于实现数字化控制。在控制
性能上数字比较伺服系统要优于模拟方式、混合方式的 伺服系统。
三、幅值比较伺服系统
以位置检测信号的幅值大小来反映机械位移的数值, 用幅值比较的方法构成闭环和半闭环控制。
1. 主要组成
基准信号发生器、脉冲调相器、检测元件、鉴相器、 伺服放大器、伺服电动机等。
幅值,获得励磁信号qd与q的相对关系。 检测的电压幅值需经电压—频率变换电路变成相应的数
字脉冲,一方面与F比较以获得位置偏差信号△s,另一 方面作为修改励磁信号中qd值的设定输入。
3. 幅值比较伺服系统的工作原理 (闭环)
(1) 开始时,指令脉冲 F=0,工作台处于静止状态, qd=q 经鉴幅器检测到检测元件输出电压幅值为0,由电压—频率变 换电路所得的Pf=0,比较环节的位置偏差信号△s=F一Pf=o ,伺服放大器的速度给定为0,伺服电机不动,工作台仍处于 静止状态。
号转换为相位变化信号,该相位变化信号,可用正弦信号 或方波信号表示。
当进给脉冲 F=0,则脉冲调相器的输出与基准信号发生 器发出的基准信号同相位,没有相位差。
当输出一个正向或反向进给脉冲,则脉冲调相器就输出 超前或滞后基准信号一个相应的相位角。
3. 相位比较伺服系统的工作原理 (闭环)
(1) 开始时,指令脉冲 F=0,工作台处于静止状态,PA、 PB为同频率同相位的脉冲信号,经鉴相器鉴相判别,△q=0, 伺服放大器速度给定为0,伺服电机不动,工作台仍处于静止 状态。
4. 特点
结构比较简单,易于实现数字化控制。在控制性能 上数字比较伺服系统要优于模拟方式、混合方式的伺服 系统。
二、相位比较伺服系统
用相位比较的方法构成闭环和半闭环控制。
1. 主要组成
基准信号发生器、脉冲调相器、检测元件、鉴相器、 伺服放大器、伺服电动机等。
2. 相位比较伺服系统的闭环和半闭环的比较
⑤ 系统能够高速传递多种状态参数信息,进行系统故障 的自诊断和报警。
3. 全数字进给伺服系统的发展
为了适应高速、高精度加工的需要,提高系统的性 能,在全数字伺服系统中,目前发展的方法有
① 前馈控制(feedforward control) 在数控机床高速加工时,传统进给伺服系统的位置误
差(位置滞后)很大,反映到被加工零件上是其轨迹误 差很大,增大位置环的增益系数可以减小位置误差,但 是会影响系统的稳定性,或者会产生惯性冲击。
2. 脉冲比较伺服系统的闭环和半闭环的比较
脉冲比较伺服系统的闭环和半闭环的区别
在检测元件上的不同点: 在半闭环控制中,多采用 光电编码器作为检测元件;在闭环控制中,多采用光栅 作为检测元件。
在安装位置上的不同点:半闭环的检测元件一般安 装在丝杠轴上,而闭环的检测元件则安装在工作台上。
3. 脉冲比较伺服系统的工作原理 (闭环)
在全数字进给伺服系统中,位置控制、速度控制和电流 控制环节的数字(软件)控制运算均由单片微机的CPU来 完成,与CNC系统的计算机有双向通讯联系。
在系统内部各个环节之间使用同一RAM实行高速通讯处 理。各环节可以采用不同的控制调节策略,通过软件可以 设定、改变其结构和参数。
图中所示是一种全数字进给伺服系统
引入前馈控制可以改善这一缺陷。实际上进给伺服系 统成了具有反馈与前馈控制的复合型系统。这种系统理 论上可以完全消除系统的静态位置误差,即实现了"无 差调节"。
② 自调整控制 系统的伺服控制性能和机械负载有紧密的联系,系统
具有自动调整功能,能根据机械负载特性的变化,自动完 成控制器结构和参数的整定,以获得最优的控制性能。
工作原理
由脉宽调制(PWM)调速的直流伺服电机驱动,系统 中的位置控制,速度控制和电流控制等控制调节环节由软 件(数字)控制,通过单片微机的CPU来完成。
电流控制器向PWM功率放大器输送逻辑电平型脉冲调宽 控制信号,脉冲编码器PG提供位置与速度反馈信号,电 流检测器发送电流反馈信号、PWM功率放大器输出可调 直流电压驱动直流伺服电机完成位置伺服控制任务。
伺服驱动系统
光栅尺
§ 5-7 位置控制
位置控制按伺服系统分为开环、闭环和半闭环控制。 本节介绍闭环和半闭环位置控制。
一、脉冲比较伺服系统
用脉冲比较的方法构成闭环和半闭环控制。
1. 系统组成:
采用光电编码器产生位置反馈脉冲信号; 实现指令脉冲与反馈脉冲的脉冲比较,以取得位置
偏差信号; 以位置偏差作为速度给定的伺服电机速度调节系统。
数控技术
第五章 伺服驱动系统
§ 5-1 概述 § 5-2 检测装置 § 5-3 步进电动机及其驱动系统 § 5-4 直流伺服电动机及其速度控制 § 5-5 交流伺服电动机及其速度控制 § 5-6 主轴驱动 § 5-7 位置控制
伺服系统(Servo System)
控制信号
CNC系统
驱动电机
反馈信号
检测装置
(2) 当指令脉冲 F>0, △s=F一Pf >0 ,经D/A变换后作 为伺(3)服当电指机令速脉度冲给F定<值0,,其伺控服制驱过动程使与工正作向台指作令正脉向冲运的动控。制随着 P过f的程增相加类,似偏,差只△是s此逐时渐△减s小=,F一直P至f F<=0P,f,工△作s台=向0反,方达向到进新 的给平。衡直,至工△作s 台=停0 。止正向运动。
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