第四章-数控机床的驱动与控制系统-伺服系统与位置检测概要

特点：任何两个相邻数码间只有一位是变化的，每次只 切换一位数，把误差控制在最小范围内。
例如，二进制码1101对应的葛莱码为1011，其演算过程 如下：
1101 （二进制码） 1101（不进位相加，舍去末位）
1011 （葛莱码）
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第一节 常用的位置检测装置
五、光栅
位置检测装置．将机械位移或者模拟量转变为数字脉冲， 反馈给数控装置，实现闭环控制．
按工作方式分为鉴相式和鉴幅式
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Us
S1
S2
θ B2
B1
Z
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第一节 常用的位置检测装置
3.应用
i）.鉴相式
根据旋转变压器转子绕组中感应电势的 相位来确定被测位移大小的检测方式。
励磁电压：
Us = Um sin wt , Uc = Um cos wt
感应电势： Es = KUs sin(90 q ) = KUm sin wt cosq Ec = KUc sin(q ) = KUm cos wt sinq
Us = Um sin wt 定尺绕组上的感应电动势为：
E合系数
q — 与位移x相对应的角度。当滑尺相对定尺
移动的距离为x时，则对应于感应电势呈 余弦函数变化，θ角为：
q = 2 x = x 2
感应同步器的工作原理图
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第一节 常用的位置检测装置
感应电势：
U = Es Ec
= KUm sin wt cosq KUm cos wt sinq = KUm sin(wt q )
K为定子和转子线圈匝数之比，即变压比. 只需要测出转子感应电压的相位，就知道转轴的角度。
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Us C2
S1
Uc S2
C1
θ -θ B2
B1 Z
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第一节 常用的位置检测装置
利用互感原理工作将位移或转角转变为电信号的位置检测元件。
1. 结构
P
由定尺和滑尺组成，定 尺不动，滑尺移动。
工作原理与旋转变压器 基本相同
定尺和滑尺绕组结构示意图
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间接测量直线位 移或角位移。
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第一节 常用的位置检测装置
2. 工作原理 设US 是加在滑尺任一绕组上的激磁交变电压：
第四章 数控机床的位置检测与伺服控制
第一节 常用的位置检测装置 第二节 数控机床的伺服系统概述 第三节 步进电机及其驱动装置 第四节 交流伺服系统
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第一节 常用的位置检测装置
作用：
检测位移和速度，并发出反馈信号，构成 闭环或半闭环控制。
要求：
（1） 工作可靠，抗干扰能力强； （2） 满足精度和速度的要求； （3）易安装、维护，适应机床工作环境； （4） 成本低。
Us C2
S1
Uc S2
C1
θ -θ B2
感应电势： U = Es Ec
= KUm sin sin wt cosq KUm cos sin wt sinq
= KUm sin wt sin( q ) 当改变α ，使U=0，则θ=α
B1 Z
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第一节 常用的位置检测装置
二、感应同步器
ii）.鉴幅式
通过对旋转变压器转子绕组中感应电 势幅值的检测来实现位移检测的。
励磁电压：
Us = (Um cos)sin wt Uc = (Um sin)sin wt
感应电势： Es = KUs sin(90 q ) = KUm sin sin wt cosq Ec = KUc sin(q ) = KUm cos cos wt sinq
3. 应用 i）. 鉴相式
励磁电压：
感应电势：
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第一节 常用的位置检测装置
ii）. 鉴幅式
励磁电压：
Us = (Um sin)sin wt Uc = (Um cos)sin wt
感应电势： E = KUm sin sin wt cosq KUm cos sin wt sinq = KUm sin wt sin( q )
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第一节 常用的位置检测装置
分类：
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第一节 常用的位置检测装置
一、旋转变压器
1. 结构
Us Uc
θ
E
利用互感原理工作
在结构上与二相线绕式异步电动 机相似，由定子和转子组成。
间接测量角位移
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第一节 常用的位置检测装置
2.基本工作原理
Us = Um sin w t UB = KUs sin q = KUm sin q sin w t
1.特点及分类
直接把被测转角用数字代码表示出来，即每一个角 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。分光 电式、接触式和电磁式三种。
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第一节 常用的位置检测装置
2.结构与工作原理
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第一节 常用的位置检测装置
用二进制代码做的码盘，如果电刷安装不准，会使得个 别电刷错位，而出现很大的数值误差。例如当电刷由位置 0111向1000过渡时，可能会出现从8（1000）到15（1111） 之间的读数误差，一般称这种误差为非单值性误差。为消除 这种误差，可采用葛莱码盘。
当改变α ，使U=0，则θ=α, 而α为已知量，同旋转变压器有：
q = = 2 x = x P
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第一节 常用的位置检测装置
三、增量式脉冲编码器
是一种旋转式脉冲发生器；增量式测量角位移或者速度
1. 结构及工作原理
光电脉冲编码器结构示意图
通过记录脉冲的数目，就可以测出转角。测出脉冲的变化率，即单 位时间脉冲的数目，就可以求出速度。
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第一节 常用的位置检测装置
2**. 鉴向电路
0° 施密特 触发器
A
上升沿 微分
D
门电路
电路
G（正转）
反向电路 C
上升沿 微分 E 门电路 F（反转） 电路
90° 施密特 B 触发器
光电 脉冲编码器鉴向线路 （上升沿微分，异或门）
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第一节 常用的位置检测装置
四、绝对值编码器
1.结构和种类
包括： 标尺光栅 固定在机床活动部件上 指示光栅 安装在读数头内
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光栅读数头示意图
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第一节 常用的位置检测装置
2.原理
光电转换
P— 栅距 W— 莫尔条纹宽度
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莫尔条纹
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第一节 常用的位置检测装置
3.莫尔条纹性质