闭环及半闭环进给伺服系统动解读课件.ppt
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1、1,6.3 闭环及半闭环进给伺服系统动,6.3.1 闭环进给伺服系统的组成及工作原理,这是一个双闭环系统,内环是速度环,外环是位置环。,1闭环进给伺服系统的组成,2,6.3 闭环及半闭环进给伺服系统动,6.3.1 闭环进给伺服系统的组成及工作原理,由CNC插补得到的指令进给位移量F与位置检测反馈的机床移动部件(如工作台)实际位移量Pf进入位置控制模块的比较环节后,可得到位置偏差e(eF-Pf)。位置控制模块除了完成理论位置与反馈的实际位置相比较处,还要完成位置回路的增益调整以及将位置偏差作为指令速度控制命令VCMD发往速度控制单元。而速度控制单元的任务则是根据指令速度控制命令VCMD值的大小,
2、来控制伺服电动机转速的大小。,2闭环进给伺服系统的工作原理,3,6.3闭环及半闭环进给伺服系统动,6.3.2 直流伺服电动机及速度控制单元,电机的结构:(1)定子:产生定子磁极磁场。(2)转子:表面嵌有线圈,通直流电时,在定子磁场作用下产生带负载旋转的电磁转矩。(3)电刷与换向片:为使产生的电磁转矩保持恒定的方向,保证转子能沿着固定方向均匀地连续旋转,将电刷与外加直流电源连接,换向片与电枢线圈连接。,1直流伺服电动机的工作原理,4,(1)永磁式直流电机工作原理直流电压加在A、B两电刷之间,电流从A流入,从B流出,导体ab和cd受到逆时针方向作用力,转子在逆时针方向地电磁转矩作用下旋转。当电枢转
3、过90,电枢线圈处于磁极的中性面,电刷与换向片断开,无电磁转矩作用。,在惯性作用下,电枢继续转动一个角度,当电刷与换向片再次接触时,导体ab和cd交换了位置,ab和cd中的电流也发生改变,从而保证电枢受到地电磁转矩方向不变,因此,电枢可以连续转动。,5,6.3闭环及半闭环进给伺服系统动,6.3.2 直流伺服电动机及速度控制单元,1直流伺服电动机的工作原理,1. 直流伺服电机的类型按电枢的结构和形状分:平滑电枢型、空心电枢型和有槽电枢型等。按定子磁场产生方式分:永磁式和他励式。按转子转动惯量大小分:大惯量、中惯量和小惯量伺服电机。,6,直流电动机的机械特性,Ua电枢电压;Ce反电动势常数;电动机
4、磁通量;n电动机转速;M电动机电磁力矩;CM电磁力矩常数。,当电动机所加电压一定,随着负载力矩M的增大,转速有一定降落,在伺服装置中由于有转速反馈回路,因此这一降落可以得到克服。,6.3.2 直流伺服电动机及速度控制单元,6.3闭环及半闭环进给伺服系统动,7,n (UaIaRa)/CeUa/CeRa M/Ce CM2,调速可有三种方法:1)改变电动机电枢电压Ua。2)改变电动机磁通量。3)改变电枢电路的电阻Ra。 由于后两种调速方法不能满足数控机床对进给伺服系统的要求,实际均采用改变电枢电压Ua来调速的方法。,6.3.2 直流伺服电动机及速度控制单元,6.3闭环及半闭环进给伺服系统动,8,2直
5、流速度控制单元调速控制方式,晶闸管调速系统中,多采用三相全控桥式整流电路作为直流速度控制单元的主回路,通过对12个晶闸管触发角的控制,达到控制电动机电枢电压的目的。而脉宽调速系统是利用脉宽调制器对大功率晶体管的开关时间进行控制,将直流电压转换成某一频率的方波电压,加到电动机电枢的两端,通过对方波脉冲宽度的控制,改变电枢的平均电压,从而达到控制电动机转速的目的。,6.3.2 直流伺服电动机及速度控制单元,6.3闭环及半闭环进给伺服系统动,9,(1) 晶闸管直流调速系统三相全控桥式整流电路作为直流速度控制单元的主电路。两组正负对接的晶闸管,一组用于提供正向电压,供电机正转。一组提供反向电压,供电机
6、反转。,10,双环调度系统,速度调节器和电流调节器均是由线性集成放大器和阻容元件构成的PI调节器。速度环起主导作用,电流环的作用是在启动和堵转时限制最大电枢电流。,11,(2) 晶体管脉宽调制(PWM)直流调速系统 PWM系统的组成及工作原理脉宽调制:使功率放大器中的晶体管工作在开关状态下,开关频率保持恒定,用调整开关周期内的晶体管导通时间的办法来改变输出,从而使得电机电枢两端获得宽度随时间变化的给定频率的电压脉冲。脉宽连续变化,使得电枢电压平均值连续变化,从而导致电机转速连续变化。,12,2. 脉宽调制器,13,2直流速度控制单元调速控制方式,二者的区别: 可控硅是直接对交流电进行控制; P
7、WM是先将交流整流成稳定的直流电压,再对直流电压进行开关控制,PWM由于频率高,所以电流脉动小。 中小功率的伺服驱动装置中,大多采用性能优异的PWM,而在大功率场合中,则采用SCR。,6.3闭环及半闭环进给伺服系统动,6.3.2 直流伺服电动机及速度控制单元,14,6.3.3 交流伺服电动机及速度控制单元,直流电动机却存在一些故有的缺点: 1)直流电动机的电刷和换向器易磨损,需要经常维护。2)直流电动机的换向器换向时会产生火花,使电动机的最高转速受到限制,也使应用环境受到限制。3)直流电动机的结构复杂,制造困难,所用铜材料消耗大,制造成本高。,6.3闭环及半闭环进给伺服系统动,15,交流伺服电
8、机的类型永磁式交流伺服电机和感应式交流伺服电机共同点:工作原理均由定子绕组产生旋转磁场使得转子跟随定子旋转磁场一起运转。不同点:永磁式伺服电机的转速与外加交流电源的频率存在着严格的同步关系,即电机的转速等于旋转磁场的同步转速;而感应式伺服电机由于需要转速差才能产生电磁转矩,因此,电机的转速低于磁场同步转速,负载越大,转速差越大。,16,6.3.3 交流伺服电动机及速度控制单元,1、结构:交流伺服电机也可称为同步电机,交流伺服电机的结构,1电机轴 2.前端盖 3.三相绕组线圈 4.压板 5.定子 6.磁钢 7.后压板 8.动力线接头 9.后端盖 10.反馈插头 11.脉冲编码器 12.电机后壳,
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