典型进给伺服系统
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进给伺服系统
准则
变换前后由同样的旋转磁势（即产生同样的旋转磁 场）
方法
A、B、C三相坐标系的交流量→D、Q两相固定坐 标系的交流量→转子磁场定向的M’－T’直角坐标系 的直流量
电动机控制对比
直流电动机
与电机电磁转矩相关的主磁通Φ和电枢电流Ia是相 互独立的两个变量
分别控制励磁电流和电枢电流，即可方便地进行转 矩电压U
改变Ke
即改变磁通量Φ（改 变激磁回路电阻Rj以 改变激磁电流Ij）
在电枢回路中串联调 节电阻Rt，此时，转 速公式变为
n (U IaRa) ke
n U Ia (Ra Rt ) ke
大惯量直流伺服电机
又称：
宽调速直流伺服电机、直流力矩电机
激磁方式：
PWM调速的特点
开关频率高 纹波系数低 频带较宽 可在高峰值电流下工作
4.4 交流伺服系统
含义：
使用AC电机的伺服系统
分类：
交流感应电机（异步）：结构简单，容量大， 价格低，一般用作主运动的驱动电路
交流同步电机（永磁）：进给运动的驱动电 机
永磁同步式交流伺服电机
组成：
交流伺服电机调速
永磁式
特点：
输出力矩大：
高性能的磁性材料，产生强磁场φ，具有大的矫顽力和足 够的厚度，能承受高的峰值电流以满足快的加减速要求
增加转子的槽数和槽的截面积，增大磁极对数，使得转矩惯量比增大，电枢电感减小，电机的机械时间常数和电气 时间常数都减小，改善响应的快速性。
大惯量直流伺服电机
特点：
大惯量的结构使在长期过载工作时具有大的 热容量，过载能力强，允许持续过载的时间 长。
之内成为不稳定因素，设计和调试较困难
4.2 步进电机及其调速
变换前后由同样的旋转磁势（即产生同样的旋转磁 场）
方法
A、B、C三相坐标系的交流量→D、Q两相固定坐 标系的交流量→转子磁场定向的M’－T’直角坐标系 的直流量
电动机控制对比
直流电动机
与电机电磁转矩相关的主磁通Φ和电枢电流Ia是相 互独立的两个变量
分别控制励磁电流和电枢电流，即可方便地进行转 矩电压U
改变Ke
即改变磁通量Φ（改 变激磁回路电阻Rj以 改变激磁电流Ij）
在电枢回路中串联调 节电阻Rt，此时，转 速公式变为
n (U IaRa) ke
n U Ia (Ra Rt ) ke
大惯量直流伺服电机
又称：
宽调速直流伺服电机、直流力矩电机
激磁方式：
PWM调速的特点
开关频率高 纹波系数低 频带较宽 可在高峰值电流下工作
4.4 交流伺服系统
含义：
使用AC电机的伺服系统
分类：
交流感应电机（异步）：结构简单，容量大， 价格低，一般用作主运动的驱动电路
交流同步电机（永磁）：进给运动的驱动电 机
永磁同步式交流伺服电机
组成：
交流伺服电机调速
永磁式
特点：
输出力矩大：
高性能的磁性材料，产生强磁场φ，具有大的矫顽力和足 够的厚度，能承受高的峰值电流以满足快的加减速要求
增加转子的槽数和槽的截面积，增大磁极对数，使得转矩惯量比增大，电枢电感减小，电机的机械时间常数和电气 时间常数都减小，改善响应的快速性。
大惯量直流伺服电机
特点：
大惯量的结构使在长期过载工作时具有大的 热容量，过载能力强，允许持续过载的时间 长。
之内成为不稳定因素，设计和调试较困难
4.2 步进电机及其调速
《进给伺服系统》课件
简介
了解进给伺服系统的概念、应用领域，以及其在工业领域中的重要性。快速 掌握进给伺服系统的基本定义和特点。
构成
伺服电机
了解伺服电机在进给伺服系统中的作用以及 不同类型的伺服电机。
编码器
介绍编码器的作用和重要性，探讨不同编码 器类型和应用。
电力放大器
深入了解电力放大器的原理和功能，它在进 给伺服系统中扮演的角色。
《进给伺服系统》PPT课件
# 进给伺服系统PPT课件大纲 ## 简介 - 什么是进给伺服系统？ - 进给伺服系统的应用领域 - 进给伺服系统的特点和重要性 ## 进给伺服系统的构成 - 伺服电机 - 电力放大器 - 编码器 - 控制器 ## 进给伺服系统的工作原理 - 指令输入和控制信号生成 - 反馈信号获取与处理 - 控制信号输出和执行 ## 进给伺服系统的性能参数 - 定位精度调Fra bibliotek和优化1
伺服参数设置
详细讨论伺服参数设置的重要性，以
模拟调试和实际调试
2
及如何根据需求进行调整。
介绍模拟调试和实际调试的流程，以
及优化过程中可能遇到的挑战。
3
优化方法和注意事项
提供一些优化方法和注意事项，帮助 读者更好地调试和优化进给伺服系统。
进一步发展
数字化技术
探讨数字化技术对进给伺服系统的发展和应用的影响。
性能参数
定位精度
介绍进给伺服系统 的定位精度参数及 其对系统性能的影 响。
重复定位精度
探讨系统的重复定 位精度参数，以及 如何优化系统以实 现更高的精度。
响应速度
详细说明进给伺服 系统的响应速度参 数，以及如何提高 系统的响应速度。
负载惯性比
介绍负载惯性比在 进给伺服系统中的 重要性，以及如何 平衡负载和惯性。
第六章进给伺服系统
二、步进电机的主要性能指标 1. 步距角和步距误差 每输入一个脉冲电信号，步进电机转子转过的角度成为步距 角。 步距角和步进电机的相数、通电方式及电机转子齿数的 360 关系如下： ＝ KmZ (6-1) 式中 —步进电机的步距角； m—电机相数； Z—转子齿数； K—系数，相邻两次通电相数相同，K＝1； 相邻两次通电相数不同，K＝2。 同 一 相 数 的 步 进 电 机 可 有 两 种 步 距 角 ， 通 常 为 1.2/0.6 、 1.5/0.75 、 1.8/0.9 、 3/1.5 度等。步距误差是指步进电机运行 时，转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。步 距误差直接影响执行部件的定位精度及步进电机的动态特 性。大小由制造精度、齿槽的分布及定子和转子间气隙不 均匀等因素造成。
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或线位移 的一种机电式数模转换器。在结构上分为定子和 转子两部分，现以图6-5所示的反应式三相步进电 机为例加以说明。定子上有六个磁极，每个磁极 上绕有励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相， 分成A、B、C三相。转子无绕组，它是由带齿的铁 心做成的。步进电机是按电磁吸引的原理进行工 作的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三 对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某一对 齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步 步转动。每当转子某一对齿的中心线与定子磁极 中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。如果控制 线路不停地按一定方向切换定子绕组各相电流， 转子便按一定方向不停地转动。步进电机每次转 过的角度称为步距角。
进给伺服系统的作用：接受数控装置发出 的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置 作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、 交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动 机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作 进给或快速运动。 数控机床的进给伺服系统与一般机床的进给系 统有着本质的区别：能根据指令信号精确地控 制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行 部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。如果 把数控装置比作数控机床的“大脑”，是发布 “命令”的指挥机构，那么伺服系统就是数控 机床的“四肢”，是执行“命令”的机构，它 是一个不折不扣的跟随者。
数控机床纵向进给伺服系统设计综述
陕西科技大学目录1.1 设计任务 (2)1.设计题目： (2)2.设计内容与要求 (2)1.2 总体方案设计 (2)1.2.1带有齿轮传动的进给运动 (2)1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算 (2)1.选择脉冲当量 (2)2.计算切削力 (2)1）纵车外圆 (2)2)横切端面 (2)3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)1）纵向进给丝杠 (3)2)轴承选择。
(7)3）定位精度校核 (8)4.齿轮传动比计算。
(9)总结 (10)参考文献 (11)数控机床纵向进给伺服系统设计1.1 设计任务1.设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2.设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为5000N，工作台重300Kg，工件及夹具的最大重量为500Kg，工作台纵向行程680mm，进给速度1～4000mm/min，快速速度15m/min。
导轨为矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带（摩擦系数为：0.04）。
要求的定位精度为±0.006mm。
设计内容——传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。
设计参数如下：(1)纵向行程：680mm(2)最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3)最大加工长度：1000mm(4)纵向进给速度：0.001～4m/min(5)纵向快速速度：15m/min(6)工作台重：300Kg(7)工件及夹具的最大重量：500Kg(8)摩擦系数为：0.04(9)代码制：ISO1.2 总体方案设计1.2.1带有齿轮传动的进给运动图1—1图1—2数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。
1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算1.选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。
第四章闭环伺服系统
在求和电路中相加，则得磁头总输出电压为：
U = U 0 sin (ω t+ 2 π x /λ )
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第四章 进给伺服系统
脉冲编码器
脉冲编码器是一种旋转式角位移检测装置，能 将机械转角变换成电脉冲，是数空机床上使用 最光的检测装置。
光电式
脉 冲 编 码 器 的 分 类 增量式脉冲编码器 接触式
磁
磁
检测 电路
伺服系统 数字显示
尺
磁尺位置检测装置
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第四章 进给伺服系统
磁尺位置检测装置
表面录有相等节距（一般为0.05，0.1， 磁性标尺：
0.2，1mm）周期变化的磁信号。
磁 尺 按 基 N 本 形 状 分 为 平面实体形 磁尺 一般长度为600mm
磁尺
带 状 磁 尺 基体厚0.2mm，宽70mm
① 20mm
② 10mm
③ 0.35mm
④ 2.85mm
答： ① 设有一光栅的条纹密度是10条/mm，要利用它测 出1的位移，应采用___套光电转换装置。 ①1 答： ② ②2 ③3 ④4
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第四章 进给伺服系统
磁尺位置检测装置 磁尺： 是一种精度较高的位置检测装置。它 由磁性标尺、磁头、和检测电路组成。
W、ω、θ之间的关系
ω
ω
θ
BC=ABsin(θ/2) 其中
ω
光栅 节距
标尺光栅 θ
BC=ω/2 ， AB=W/2 ，
指示光栅 B
因此
W=ω/sin(θ/2)
C θ /2 W /2
由于θ很小，θ单位为rad时， Sin(θ/2) ≈ θ 故 W ≈ ω/ θ
U = U 0 sin (ω t+ 2 π x /λ )
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第四章 进给伺服系统
脉冲编码器
脉冲编码器是一种旋转式角位移检测装置，能 将机械转角变换成电脉冲，是数空机床上使用 最光的检测装置。
光电式
脉 冲 编 码 器 的 分 类 增量式脉冲编码器 接触式
磁
磁
检测 电路
伺服系统 数字显示
尺
磁尺位置检测装置
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第四章 进给伺服系统
磁尺位置检测装置
表面录有相等节距（一般为0.05，0.1， 磁性标尺：
0.2，1mm）周期变化的磁信号。
磁 尺 按 基 N 本 形 状 分 为 平面实体形 磁尺 一般长度为600mm
磁尺
带 状 磁 尺 基体厚0.2mm，宽70mm
① 20mm
② 10mm
③ 0.35mm
④ 2.85mm
答： ① 设有一光栅的条纹密度是10条/mm，要利用它测 出1的位移，应采用___套光电转换装置。 ①1 答： ② ②2 ③3 ④4
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第四章 进给伺服系统
磁尺位置检测装置 磁尺： 是一种精度较高的位置检测装置。它 由磁性标尺、磁头、和检测电路组成。
W、ω、θ之间的关系
ω
ω
θ
BC=ABsin(θ/2) 其中
ω
光栅 节距
标尺光栅 θ
BC=ω/2 ， AB=W/2 ，
指示光栅 B
因此
W=ω/sin(θ/2)
C θ /2 W /2
由于θ很小，θ单位为rad时， Sin(θ/2) ≈ θ 故 W ≈ ω/ θ
伺服进给
• 第五章 进给伺服系统
• • • •
• • •
§5-1 概述 §5-2 对进给伺服系统结构的要求 §5-3 传动齿轮副 §5-4 丝杠螺母副
一、滚珠丝杠螺母副 (一) 工作原理和特点 (二) 结构和类型
• §5-5 导轨 • §5-6 回转工作台
• • • • • • • • • •
(二) 结构和类型 1. 滚珠的循环方式 常用的滚珠循环方式可分为两大类： 滚珠在循环过程中，有时与丝杠脱离接触叫 外循环； 始终与丝杠保持接触叫内循环。 滚珠在同一螺母上只有一个回路管道的叫单 列循环。 有两个回路管道的叫双列循环。 多于两个回路管道的叫多列循环。 循环中的滚珠叫工作滚珠。 工作滚珠所走过的滚道圈数叫工作圈数。
• 第五章 进给伺服系统
• §5-1 概述 • §5-2 对进给伺服系统结构的要求 • §5-3 传动齿轮副
• • 一、消除传动齿轮间隙的措施 二、齿轮齿条副
• §5-4 丝杠螺母副 • §5-5 导轨 • §5-6 回转工作台
• 二、齿轮齿条副
• 常用于行程较长的，高速直线传动。 • 当传动负载小时，也可采用双片薄齿轮调整 法，分别与齿条齿槽的左、右两侧贴紧，从 而消除齿侧间隙。
• 第五章 进给伺服系统
• §5-1 概述 • §5-2 对进给伺服系统结构的要求 • §5-3 传动齿轮副
• 一、消除传动齿轮间隙的措施
• §5-4 丝杠螺母副 • §5-5 导轨 • §5-6 回转工作台
• 联轴器传动 • 在进给传动链中，轴与轴的联接必须采用刚 性联轴器，而且大部分采用套筒式结构。
• 1) 单圆弧型面 • 接触角α随轴向载荷的大小而变化。 • 当α角发生变化时，使传动效率、承载能力和 轴向刚度均不稳定。 • 为了消除间隙和施加预紧力，必须采用双螺 母结构。 • 为了保证预紧后的 α 角维 持在45°左右，还必须严 格控制径向间隙。 r0 • 脏物容易沉积于槽底，使 传动效率降低，磨损加快。 α • 便于制造。
数控机床进给伺服系统的组成和分类
机床加工，大多是低速时进行切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。
二、进给伺服系统的组成如图所示为数控机床进给伺服系统的组成。
从图中可以看出，它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。
位置环的输入信号是计算机给出的指令信号和位置检测装置反馈的位置信号，这个反馈是一个负反馈，即与指令信号的相位相反。
指令信号是向位置环送去加数，而反馈信号向位置环送去减数。
位置检测装置通常有光电编码器、旋转变压器、光栅尺、感应同步器或磁栅尺等。
它们或者直接对位移进行检测，或者间接对位移进行检测。
开环伺服系统开环伺服系统是最简单的进给伺服系统，无位置反馈环节。
如图所示，这种系统的伺服驱动装置主要是步进电动机、功率步进电动机、电液脉冲电动机等。
由数控系统发出的指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电动机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠螺母副驱动执行部件。
闭环伺服系统闭环伺服系统原理图如图所示。
系统所用的伺服驱动装置主要是直流或交流伺服电动机以及电液伺服阀—液压马达。
与开环进给系统最主要的区别是：安装在执行部件上的位置检测装置，测量执行部件的实际位移量并转换成电脉冲，反馈到输入端并与输人位置指令信号进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。
由于采用了位置检测反馈装置，所以闭环伺服系统的位移精度主要取决于检测装置的精度。
闭环伺服系统的定位精度一般可达±0.01mm～±0.005 mm。
半闭环伺服系统半闭环伺服系统如图所示。
将检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件位置的系统称为半闭环系统。
闭坏系统可以消除机械传动机构的全部误差，而半闭环系统只能补偿系统环路内部分元件的误差，因此，半闭环系统的精度比闭环系统的精度要低一些，但是它的结构与凋试都比较简单。
全数字伺服系统随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已经开始采用高速度、高精度的全数字伺服系统。
使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。
《进给伺服系统》课件
进给伺服系统的分类
总结词
进给伺服系统可以根据不同的分类标准进行分类，如 按照控制方式、电机类型、反馈方式等。
详细描述
根据不同的分类标准，进给伺服系统可以分为多种类 型。按照控制方式，可以分为开环控制和闭环控制； 按照电机类型，可以分为直流电机伺服系统和交流电 机伺服系统；按照反馈方式，可以分为模拟反馈和数 字反馈。此外，还可以根据应用领域、功率大小等进 行分类。不同类型的进给伺服系统具有不同的特点和 应用范围，选择合适的类型对于实现高精度制造和加 工至关重要。
位置检测器通常由传感器和信号处理电路组成。
传感器将物体的位置转换为电信号，信号处理电路将电信号转换为可处理的数字或模拟信号，以便控制 器进行处理。
控制器的工作原理
控制器是一种用于控制系统的装置， 它根据输入的信号和设定的参数来控 制系统的输出。
在进给伺服系统中，控制器根据输入 的指令和位置检测器的反馈信号来控 制伺服电机的输出，以实现精确的位 置控制。
VS
详细描述
智能伺服系统集成了传感器、控制器、执 行器等多种技术，能够实现自适应控制、 自主学习和自主决策等功能。未来，智能 伺服系统将进一步拓展应用领域，提高系 统的智能化水平和自适应性，满足不断变 化的市场需求。
网络化伺服系统的发展趋势
总结词
网络化伺服系统是实现设备间高效通信和协 同工作的关键技术。
机器人
机器人是进给伺服系统的另一个重要应用领域。
机器人的运动轨迹需要精确控制，进给伺服系统能够实 现高精度的轨迹跟踪和定位。
在机器人中，进给伺服系统主要用于控制机器人的关节 运动和末端执行器的位置。
此外，进给伺服系统还可以提高机器人的稳定性和动态 性能，使其能够更好地适应复杂的工作环境。
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典型进给伺服系统 1．由步进电机构成的开环控制系统（１）
由步进电机构成的开环控制系统因受所能达到的精度的限制，目前 常用于普通机床的数控改造上。
采用步进电机开环伺服系统的数控机床，其数控装置多由单片机构 成，步进电机由于采用脉冲方式工作，且各相需按一定规律分配脉冲， 因此，由步进电机所构成的开环控制系统中，需要脉冲分配逻辑和脉 冲产生逻辑，这个功能由环形脉冲分配器实现。还要求有功率驱动部 分。为了保证步进电机不失步地启停，要求控制系统具有升降速控制 环节． 1．由步进电机构成的开环控制系统（２）
半闭环伺服系统的基本构成 系统由位置控制单元和速度控制单 元构成。光电脉冲编码器发出的脉冲，一方面用作位置的反馈信号， 另一方面用作测速信号。当电机的负载变化时，反馈脉冲信号的频率 将随着变化。频率—电压变换器的作用是输出与反馈脉冲信号的频率 变化成正比的直流电压信号，该信号就是速度单元的速度反馈信号， 它与速度指令电压比较来控制伺服电机转速。
闭环系统的分类 由于闭环、半闭环控制系统采用的位置检测元件 不同，使得指令信号与位置反馈信号的比较方式不同，通常有脉冲比 较、相位比较和幅值比较三种不同的比较方式。
2．闭环进给位置伺服系统（3） 脉冲比较伺服系统工作原理 数控冲床系统按功能模块大致可分
为三部分：采用光电脉冲编码器产生位置反馈脉冲 Pf；实现指令脉冲 F 与反馈脉冲 Pf 的脉冲比较环节，以取得位置偏差信号 e；以位置偏 差 e 作为速度调节系统。 2．闭环进给位置伺服系统（4）
PA（θ）和 PB（θ）为两个同频的脉冲信号，它们的相位差Δθ反 映了指令位置与实际位置的偏差，由鉴相器判别检测。伺服放大器和 伺服电机构成的调速系统，接受相位差Δθ信号以驱动工作台朝指令 位置进给，实现位置跟踪。 2．闭环进给位置伺服系统（8）
幅值比较伺服系统 是以位置检测信号的幅值大小来反映机械位 移的数值，并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比较构成的闭环 控制系统。该系统的特点之一是所用的位置检测元件应工作在幅值工 作方式，而幅值比较数控送料机伺服系统常用的检测元件是感应同步 器和旋转变压器。 3．半闭环进给位置伺服系统
基本控制原理 由数控装置送来的—定频率和数量的指令脉冲，经 步进电机环形分配器分配和功率放大器放大后驱动步进电机旋转。
步进电机的使用 步进电机的角位移或线位移与脉冲数成正比，其 转速与脉冲频率成正比，它将指令脉冲变成步进电机输出轴的旋转运 动。 1．由步进电机构成的开环控制系统（3）
步进电机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ环伺服系统结构简单，安装调试方便，成本低，但精度 有限。
脉冲分离原理 当加、减脉冲先后到来时，脉冲本身就是分离的， 则可直接进入可逆计数器按预定的要求作加法计数或减法计数；若 加、减脉冲同时到来时，则由硬件逻辑电路保证，先作加法计数，然 后经过几个时钟的延时再作减法计数，这样，可保证两路计数脉冲信 号均不会丢失。 2．闭环进给位置伺服系统（7）
相位伺服系统的组成及工作原理 在采用感应同步器作为位置检 测元件的相位伺服系统中，感应同步器取相位工作状态，以定尺的相 位检测信号经整形放大后所得的 PB（θ）作为位置反馈信号。指令 脉冲 F 经脉冲调相后，转换成重复频率为 f0 的脉冲信号 PA（θ）。
脉冲比较电路 在脉冲比较伺服系统中，实现指令脉冲 F 与反馈脉 冲 Pf 的比较后，才能检测出位置的偏差。脉冲比较电路的基本组成 有两个部分：一是脉冲分离部分，二是可逆计数器。
2．闭环进给位置伺服系统（5） 应用可逆计数器实现脉冲比较的基本原理 当输入指令脉冲为正（即 F＋）或反馈脉冲为负（即 Pf－）时，可逆计数器作加法计数；当指 令脉冲为负（即 F－）或反馈脉冲为正（即 Pf＋）时，可逆计数器作 减法计数。 举例 设初始状态的可逆计数器为全 0，工作台静止。然后突加正向 指令脉冲 F＋=＋1，计数器加 l，在工作台移动之前，可逆计数器的 输出即位置偏差 e=+l。为消除偏差，工作台应作正向移动，随之产生 反馈脉冲外 Pf＋=＋1，应使可逆计数减 1，e=0。这样，工作台就在 正向前进一个脉冲当量的位置上停下来。反之，F－来一个脉冲即 F －=＋1，使计数器减 l，e=－l。则有 Pf－=＋1，使计数器加 1，e=0。 2．闭环进给位置伺服系统（6）
数控机床的位置控制是数控机床伺服系统的重要组成部分。闭环位 置控制主要采用直流伺服电动机或交流伺服电动机驱动，机床工作台 的实际位移可通过检测装置及时反馈给数控装置中的比较器，以便与 指令位移信号进行比较，两者的差值又作为伺服电机的控制信号，进 而驱动工作台消除位移误差。 2．闭环进给位置伺服系统（2）
影响精度的因素 精度取决于步进电机和机械装置的精度。系统 中，步进电机的步距角精度，机械传动部件的精度，丝杠、支承的传 动间隙以及传动和支承件的变形等，将直接影响进给位移的精度。为
了提高系统的精度，应该适当提高系统组成环节的精度，此外，还可 采取传动间隙补偿和螺距误差补偿等补偿措施。 2．闭环进给位置伺服系统（1）
由步进电机构成的开环控制系统因受所能达到的精度的限制，目前 常用于普通机床的数控改造上。
采用步进电机开环伺服系统的数控机床，其数控装置多由单片机构 成，步进电机由于采用脉冲方式工作，且各相需按一定规律分配脉冲， 因此，由步进电机所构成的开环控制系统中，需要脉冲分配逻辑和脉 冲产生逻辑，这个功能由环形脉冲分配器实现。还要求有功率驱动部 分。为了保证步进电机不失步地启停，要求控制系统具有升降速控制 环节． 1．由步进电机构成的开环控制系统（２）
半闭环伺服系统的基本构成 系统由位置控制单元和速度控制单 元构成。光电脉冲编码器发出的脉冲，一方面用作位置的反馈信号， 另一方面用作测速信号。当电机的负载变化时，反馈脉冲信号的频率 将随着变化。频率—电压变换器的作用是输出与反馈脉冲信号的频率 变化成正比的直流电压信号，该信号就是速度单元的速度反馈信号， 它与速度指令电压比较来控制伺服电机转速。
闭环系统的分类 由于闭环、半闭环控制系统采用的位置检测元件 不同，使得指令信号与位置反馈信号的比较方式不同，通常有脉冲比 较、相位比较和幅值比较三种不同的比较方式。
2．闭环进给位置伺服系统（3） 脉冲比较伺服系统工作原理 数控冲床系统按功能模块大致可分
为三部分：采用光电脉冲编码器产生位置反馈脉冲 Pf；实现指令脉冲 F 与反馈脉冲 Pf 的脉冲比较环节，以取得位置偏差信号 e；以位置偏 差 e 作为速度调节系统。 2．闭环进给位置伺服系统（4）
PA（θ）和 PB（θ）为两个同频的脉冲信号，它们的相位差Δθ反 映了指令位置与实际位置的偏差，由鉴相器判别检测。伺服放大器和 伺服电机构成的调速系统，接受相位差Δθ信号以驱动工作台朝指令 位置进给，实现位置跟踪。 2．闭环进给位置伺服系统（8）
幅值比较伺服系统 是以位置检测信号的幅值大小来反映机械位 移的数值，并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比较构成的闭环 控制系统。该系统的特点之一是所用的位置检测元件应工作在幅值工 作方式，而幅值比较数控送料机伺服系统常用的检测元件是感应同步 器和旋转变压器。 3．半闭环进给位置伺服系统
基本控制原理 由数控装置送来的—定频率和数量的指令脉冲，经 步进电机环形分配器分配和功率放大器放大后驱动步进电机旋转。
步进电机的使用 步进电机的角位移或线位移与脉冲数成正比，其 转速与脉冲频率成正比，它将指令脉冲变成步进电机输出轴的旋转运 动。 1．由步进电机构成的开环控制系统（3）
步进电机ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ环伺服系统结构简单，安装调试方便，成本低，但精度 有限。
脉冲分离原理 当加、减脉冲先后到来时，脉冲本身就是分离的， 则可直接进入可逆计数器按预定的要求作加法计数或减法计数；若 加、减脉冲同时到来时，则由硬件逻辑电路保证，先作加法计数，然 后经过几个时钟的延时再作减法计数，这样，可保证两路计数脉冲信 号均不会丢失。 2．闭环进给位置伺服系统（7）
相位伺服系统的组成及工作原理 在采用感应同步器作为位置检 测元件的相位伺服系统中，感应同步器取相位工作状态，以定尺的相 位检测信号经整形放大后所得的 PB（θ）作为位置反馈信号。指令 脉冲 F 经脉冲调相后，转换成重复频率为 f0 的脉冲信号 PA（θ）。
脉冲比较电路 在脉冲比较伺服系统中，实现指令脉冲 F 与反馈脉 冲 Pf 的比较后，才能检测出位置的偏差。脉冲比较电路的基本组成 有两个部分：一是脉冲分离部分，二是可逆计数器。
2．闭环进给位置伺服系统（5） 应用可逆计数器实现脉冲比较的基本原理 当输入指令脉冲为正（即 F＋）或反馈脉冲为负（即 Pf－）时，可逆计数器作加法计数；当指 令脉冲为负（即 F－）或反馈脉冲为正（即 Pf＋）时，可逆计数器作 减法计数。 举例 设初始状态的可逆计数器为全 0，工作台静止。然后突加正向 指令脉冲 F＋=＋1，计数器加 l，在工作台移动之前，可逆计数器的 输出即位置偏差 e=+l。为消除偏差，工作台应作正向移动，随之产生 反馈脉冲外 Pf＋=＋1，应使可逆计数减 1，e=0。这样，工作台就在 正向前进一个脉冲当量的位置上停下来。反之，F－来一个脉冲即 F －=＋1，使计数器减 l，e=－l。则有 Pf－=＋1，使计数器加 1，e=0。 2．闭环进给位置伺服系统（6）
数控机床的位置控制是数控机床伺服系统的重要组成部分。闭环位 置控制主要采用直流伺服电动机或交流伺服电动机驱动，机床工作台 的实际位移可通过检测装置及时反馈给数控装置中的比较器，以便与 指令位移信号进行比较，两者的差值又作为伺服电机的控制信号，进 而驱动工作台消除位移误差。 2．闭环进给位置伺服系统（2）
影响精度的因素 精度取决于步进电机和机械装置的精度。系统 中，步进电机的步距角精度，机械传动部件的精度，丝杠、支承的传 动间隙以及传动和支承件的变形等，将直接影响进给位移的精度。为
了提高系统的精度，应该适当提高系统组成环节的精度，此外，还可 采取传动间隙补偿和螺距误差补偿等补偿措施。 2．闭环进给位置伺服系统（1）