数控机床交流伺服控制系统设计概述(pdf 30页)

毕业论文设计

题目：数控机床交流伺服控制系统设计

姓名：

所在系部：

班级名称：

学号：

指导老师：

2011年12月

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目：数控机床交流伺服控制系统设计

指导教师：职称：类别：毕业论文

学生：学号：设计（论文）类型：论文

专业：机电一体化班级：是否隶属科研项目：否

1、设计（论文）的主要任务及目标

毕业设计/论文是本专业教学计划中重要的、最后的一个综合性的教学环节，其主要目标是：培养和提高学生综合运用所学的专业基础知识、专业理论知识和专业基本技能来分析、解决实际问题以及动手操作的能力，使得学生对数控机床交流伺服控制系统的设计有相当的认识深度；并学会查阅专业资料，能正确阅读外文相关科技文献，对设计研究的课题进行深入分析；也使学生在思想作风、学习毅力和工作作风上受到一次良好的锻炼。通过本课题的研究，使同学们能够领会交流伺服系统的原理和伺服驱动器的应用，进一步掌握交流伺服电机的工程应用、系统设计方法和调试实现过程，为毕业后能尽快适应机电一体化专业的相关工作打下良好的基础。

2、论文的主要内容

(1)交流伺服系统现状与发展、应用介绍；

(2)交流伺服系统的组成、分类、结构等；

(3)交流伺服电机及交流伺服驱动器技术基本介绍、电机及伺服驱动器选型；

(4)数控机床交流伺服系统设计与调试。

3、论文的基本要求

（1）完成数控系统功能设定；

（2）完成交流伺服电机及伺服驱动器的选型；

（3）完成数控机床交流伺服系统总体设计；

（4）完成数控机床交流伺服系统电气连接图、电气回路设计；

（5）完成数控机床交流伺服控制系统参数整定与调试；

（6）具有运用电气控制技术、交流伺服技术、仿真技术等理论知识进行研究和系统设计（论文）的能力；

（7）具有收集参考资料加以消化、归纳的能力；

（8）具有调研、收集、查阅资料、分析判断确定设计/论文方案的能力；

（9）具有归纳、整理技术资料，撰写技术文件的能力；

（10）具有阐述论证设计/论文成果及其技术答辩的能力。

4、主要参考文献

（1）陈家盛.电梯实用技术教程.北京：中国电力出版社，2006.

（2）舒志兵.交流伺服运动控制系统.北京：清华大学出版社，2006

（3）龚仲华.交流伺服与变频技术及应用.北京：人民邮电出版社，2011

（4）寇宝泉.交流伺服电机及其控制技术.北京：机械工业出版社，2008

（5）龚仲华.交流伺服驱动从原理到完全应用.北京：人民邮电出版社，2010（6）刘胜，彭侠夫，叶瑰昀.现代伺服系统设计.哈尔滨工程大学出版社，2001（7）王爱玲等.现代数控机床伺服及检测技术.国防工业出版社，2009

5、进度安排

设计（论文）个阶段任务起至日期

1查阅文献资料、确定研究方向（1周）

2搜集文献资料、系统相关知识的原理研究（1周）

3系统设计规划、模块划分、构思、分析（2周）

4系统控制梯形图设计（1周）

5相应软件编程、系统程序调试（1周）

6总结及撰写设计说明书（1周）

7装订、答辩准备及答辩（1周）

目录

摘要.........................................................................................................................................IV 第一章交流伺服系统概述.. (1)

1.1交流伺服系统的分类 (1)

1.2交流伺服系统的发展 (3)

1.3高性能交流伺服系统的发展现状和展望 (4)

第二章伺服驱动器的应用 (6)

2.1交流伺服驱动器技术基本介绍 (6)

2.1.1伺服进给系统的要求 (6)

2.1.2对电机的要求 (6)

2.2伺服驱动器的原理 (7)

2.2.1控制电路结构 (7)

2.2.2功率电路结构 (7)

2.2.3伺服驱动器的接线 (9)

第三章交流伺服电机控制系统 (13)

3.1交流伺服电机的运行原理 (13)

3.1.1伺服电机内部结构 (13)

3.1.2交流伺服电动机原理 (14)

3.2交流伺服电机选型 (18)

3.3数控机床交流伺服控制系统参数整定与调试 (19)

参考文献 (24)

致谢 (25)

摘要

交流伺服驱动器是20世纪70年代初随电力电子技术、PWM控制技术的发展而出现的一种交流感应电机调速装置。进入20世纪80年代后，因为微电子技术的快速发展，电路的集成度越来越高，对伺服系统产生了很重要的影响，交流伺服系统的控制方式迅速向微机控制方向发展，并由硬件伺服转向软件伺服，智能化的软件伺服将成为伺服控制的一个发展趋势。

伺服系统控制器的实现方式在数字控制中也在由硬件方式向着软件方式发展；在软件方式中也是从伺服系统的外环向内环、进而向接近电动机环路的更深层发展。随着科学技术的进步，当代交流伺服驱动器的功能已益完善，如何能充分利用伺服驱动器的功能来解决工程实际问题是我们从事人员所必须了解与掌握的知识，本文从实际出发，系统阐述数控机床电机及交流伺服驱动器技术基本介绍、电机及伺服驱动器选型；数控机床交流伺服系统设计与调试等内容。

关键词：数控机床；伺服系统；驱动

第一章交流伺服系统概述

1.1交流伺服系统的分类

交流伺服系统根据其处理信号的方式不同，可以分为模拟式伺服、数字模拟混合式伺服和全数字式伺服；如果按照使用的伺服电动机的种类不同，又可分为两种：一种是用永磁同步伺服电动机构成的伺服系统，包括方波永磁同步电动机（无刷直流机）伺服系统和正弦波永磁同步电动机伺服系统；另一种是用鼠笼型异步电动机构成的伺服系统。二者的不同之处在于永磁同步电动机伺服系统中需要采用磁极位置传感器而感应电动机伺服系统中含有滑差频率计算部分。若采用微处理器软件实现伺服控制，可以使永磁同步伺服电动机和鼠笼型异步伺服电动机使用同一套伺服放大器。

目前，基于稀土永磁体的交流永磁伺服驱动系统，能提供最高水平的动态响应和扭矩密度。所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流和步进调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的水平，包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。因此，交流伺服这样一种扮演重要支柱技术角色的自动控制系统，在许多高科技领域得到了非常广泛的应用，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、雷达和各种军用武器随动系统、以及柔性制造系统（FMS －Flexible Manufacturing System）等。

1、步进电机和交流伺服电机性能比较

步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。

虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。

2、控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产