第十章数控机床的闭环控制系统

Vs Vc
V Vm mscionsttAB绕 绕组 组
当A绕组与定尺间相对量为θ 时
B绕组与定尺间相对量为θ-90
V okm V si n tco skm V co tssin km V si n t ()
V o k km m V V ssi i tnn tc(o )skm V co tsin
工作原理 ：
闭环系统的定位误差只取于位置检测单元 的误差，与机床传动部分没有关系。
二。半闭环控制系统
位置检测直接接在伺服电机转 轴上，另外还有速度检测器
工作原理：
一般速度用测速发电机检测，位置用轴角编码盘检测。
半闭环的特点 ：
由于机床的传动部分放在半闭环系统以 外，因而这部分传动误差无法克服，但比 起开环，精度仍要高许多。
五.数控闭环系统的偏差
指令增量值 ，反馈增量值之差为偏差
De=Dr- Df
若把前一时刻遗留的偏差Dei-1计算在内
Dei=Dri—Dfi+Dei-1
闭环系统即将此偏差值经过放大（增益系数KD）变成伺服电机的转速的数 字指令VD，再经过D/A转换后得到模拟电压VP此VP驱动伺服电机转动. 要使系统达到一稳定的运转状态，偏差De也将维持一稳定值，叫跟随偏差
另外，比全闭环稳定（全闭环易振荡）
三。描述全闭环、半闭环的性能指标
1。分辨率： 开环：步进电机的步进当量位移 闭环：检测系统的最小检测量
2。精度 ： 也即系统的误差，精度一般不高于检测系统的精度 3。跟随误差
开环不存在，闭环是指命令值与反馈值之差 4。运行速度
开环、半闭环、全闭环控制系统 的差异是：
有透光型
转角度，即圆光栅
干涉条纹的特点
光栅倾角
θ
d
(1)干涉条纹方向与 标尺光栅的刻线几 乎垂直。
光栅节 距
(2)放大作用:用W
（mm）表示莫尔 条纹的宽度， d(mm)表示栅距， θ(rad)为光栅线纹 之间的夹角。
W d d
sin
摩尔条纹 节距
当 d =0.01mm ， (l00 线 / 毫 米 )θ=0.01 弧 度 ， 纹 距 W=1mm，即利用挡光效应，可把光栅线距转换成放大 100倍的摩尔条纹的宽度。表明莫尔条纹的节距是栅距 的1／θ倍。
第十章数控机床的闭环驱动系统
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前面所述的开环系统，三大缺点：
1。精度不够高
步进电机步距有限，无法无限细，步距小，速度 慢，另外对机床传动机构精度要也高。
2。功率小 3。无法知道有无失步
目前，一般要求较高的数控机 床大多采用交、直流伺服电机 驱动的闭环和半闭环伺服系统
一。全闭环伺服系统
位置检测安装在工作台上
u km U co t s)(
旋转变压器工作时：
A.转子上加正谐交流电，定子信号反映转 角状态。
B. 定子上加正谐交流电，转子信号反映转 角状态。
四。感应同步器
直线型----测直线 旋转型----测转角 相当于展开的多级旋转变压器
感应同步器有两种工作方式：
1。感应同步器在相位工作方式
结构和工作原理 码盘基片上有多圈码道，且每码 道的刻线数相等； 对应每圈都有光电传感器； 输出信号的路数与码盘圈数成正 比； 检测信号按某种规律编码输出， 故可测得被测轴的周向绝对位置。
四位二进制编码盘
四。增量型光电编码器
光电元件
圆盘透光狭缝
光电盘
光欄板
透镜
z
b
a
信号处理装置
m+τ/4
A.输出驱动电路是否包含反馈回路，及反 馈回路的形式不同。
B.是指机床工作台是否包含位置检测装置 及检测装置的形式是否相同。
C.控制系统机箱是敞开式还是封闭式以及 是否需要屏蔽等的差异。
四。闭环系统的控制特点
位置检测采用定时采样，所以控制 输出也采用定时控制，在每个采样 周期，计算机比较指令值与反馈值 偏差，然后控制伺服电机运转，所 以通常用时间分割法插补运算实现 多坐标联动。
§10—2闭环系统的位置检测
一。要求：
精度：1μ以下（可达0.5u） 速度 ：10m/min~20m/min
二。分类
三。绝对型光电编码器
绝对式编码器是一种旋转式检测装置，可直接把被测转角用 数字代码表示出来，且每一个角度位置均有其对应的测量代 码，它能表示绝对位置，没有累积误差，电源切除后，位置 信息不丢失，仍能读出转动角度。
节距τ
光源
ZZB B A A
光电盘
光电元件 圆盘
聚光镜 光源
信号处理电路
①②③④⑤⑥
数字显示
节距P
A
B
90°
90°
实际的光电编码盘
光电型位置传感器还有光栅尺
尺子移动方向
莫尔条纹
条纹移动方向
根据定尺、动尺上的条纹间距，以及测出莫 尔条纹的移动条数即可算出光栅尺位移。
有反光型（玻璃、铝做成） 如做成盘状，则可测出旋
x k 耦合系数
相移（动、定尺之间） 感应同步器的半节距
x 滑尺位移
2。感应同步其工作在幅值工作方式
V Vcs V Vm mscio nsssii n ntt A B绕 绕组 组 VoksV co skcV co s9()0 km Vsinsi ntco skm Vcossi ntsin
，
旋转变压器工作原理：
两线圈的互感：
LDLmcos
线圈D加入交流电：
uDUmsi nt
线圈α 感应电动势：
u kD u co k sm U sitn cos
K为变压器常数，即θ =0时的变比
在次级上再加一线圈β ：
u kD u co 9 s 0 )( kD u sin
实际的旋转变压器：
D、G线圈在α、β线圈上感应电压：
D对α、β G对α、β
ukD ucos ukD ucos(9)0kD usin
u kuGcos(90) u kuቤተ መጻሕፍቲ ባይዱcos
若在D、G两线圈加入：
uD Um sint
uG Um cost
ukD uco skG ucos9 ( )0 kU msi ntco skU mcotscos9 ( )0 同 理：kU msi nt ()
光栅尺的基本工作原理基于莫尔 条纹，莫尔条纹可以：
A.增强通过光栅的光线强度 B.提高光栅刻度的分辨率 C.仅作为放大光栅条纹 D.放大光栅条纹，且起到平均光栅条纹间
距作用
三。旋转变压器
及原信外旋 铁理号形转 心与强小变 可变，巧压
旋压抗，器 转器干结是 。类扰构一
似能简种
，力单交 但强牢流 次。固感 级其，应 线工输电 圈作出机