进给伺服驱动系统
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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。
《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。
数控技术 第七章 数控机床的进给伺服系统
三 步进电动机的基本控制方法
（2） 双电压功率放大电路 优点：功耗低，改善了脉冲 优点：功耗低， 前沿。 前沿。 缺点：高低压衔接处电流波 缺点： 形呈凹形， 形呈凹形，使步进电机 输出转矩降低， 输出转矩降低，适用于 大功率和高频工作的步 进电机。 进电机。
三 步进电动机的基本控制方法
（3） 斩波恒流功放电路 优点： 优点：1）R3较小（小 R3较小（ 较小 于兆欧） 于兆欧）使整个 系统功耗下降， 系统功耗下降， 效率提高。 效率提高。 2）主回路不串 电阻， 电阻，电流上升 快，即反应快。 即反应快。 3）由于取样绕 组的反馈作用， 组的反馈作用， 绕组电流可以恒定在确定的数值上， 绕组电流可以恒定在确定的数值上，从而保证在很大频率范 围内，步进电机能输出恒定的转矩。 围内，步进电机能输出恒定的转矩。
二 数控机床对伺服系统的基本要求
1 高精度 一般要求定位精度为0.01~0.001mm； ； 一般要求定位精度为 高档设备的定位精度要求达到0.1um以上。 以上。 高档设备的定位精度要求达到 以上 2 快速响应 3 调速范围宽 调速范围指的是 max/nmin 。 调速范围宽:调速范围指的是 调速范围指的是:n 进给伺服系统:一般要求 进给伺服系统 一般要求0~30m/min，有的已达到 一般要求 ，有的已达到240m/min 主轴伺服系统:要求 主轴伺服系统 要求1:100~1:1000恒转矩调速 要求 恒转矩调速 1:10以上的恒功率调速 以上的恒功率调速
一 直流伺服电动机调速原理
7-30 直流电动机的机械特性
二 直流电动机的PWM调速原理 直流电动机的 调速原理
7-24 脉宽调制示意图 脉宽调制示意图
Ud =
τ
T
U = δ T U δ T 称为导通率
数控机床伺服系统的分类
数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按控制原理和有无检测反馈环节分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统；按使用的执行元件分为电液伺服系统和电气伺服系统。
1.按用途和功能分：(1)进给驱动系统：是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的力矩。
主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性。
进给驱动系统一般包括速度控制环和位置控制环。
(2)主轴驱动系统：用于控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。
主要关心其是否有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围；它只是一个速度控制系统。
2.按使用的执行元件分：(1)电液伺服系统其伺服驱动装置是电液脉冲马达和电液伺服马达。
其优点是在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳；其缺点是液压系统需要供油系统，体积大、噪声、漏油等。
（2）电气伺服系统其伺服驱动装置伺服电机（如步进电机、直流电机和交流电机等）。
其优点是操作维护方便，可靠性高。
其中，1）直流伺服系统其进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺服电机。
其优点是调速性能好；其缺点是有电刷，速度不高。
2）交流伺服系统其进给运动系统采用交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。
优点是结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作；动态响应好、转速高和容量大。
3.按控制原理分（1）开环伺服系统系统中没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。
开环伺服系统的特点：1. 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。
2. 无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，机床运动精度主要取决于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。
步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上，影响零件的精度。
伺服驱动系统的连接与调试
情境3： 情境 ：伺服驱动系统的连接与调试
• • • • • • • 重点： 1、步进电动机及驱动电路及线路连接 2、交流电动机伺服系统 3、直流伺服电动机 4、进给驱动装置的连接与调试 难点： 进给驱动装置的连接与调试
情境3：伺服驱动系统的连接与调试 情境 ：
进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说CNC 装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指 挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”， 是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来 的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速 度与位移量。
t
NC机床对数控进给伺服系统的要求 机床对数控进给伺服系统的要求
⒌ 能可逆运行和频繁灵活启停。 ⒍ 系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。 综上所述：对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方 面，对于高精度的数控机床，对动态性能的要求要更严一些。
进给伺服驱动系统是指进给伺服系统中的 驱动电机及 进给伺服驱动系统
位置控制单元 CNC 插补 指令 + 位置控制调节 器 速度控制单元 +
-
速度控制 调节与驱动
机械执行部件
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈 检测与反馈单 元
电机
NC机床对数控进给伺服系统的要求 机床对数控进给伺服系统的要求
1.调速范围要宽且要有良好的稳定 性(在调速范围内) 调速范围： 一般要求：
情境3 情境3：伺服驱动系统的连接与调试 概述
一进给伺服系统的定义及组成 进给伺服系统的定义及组成
1 . 定义： 进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动 部件的位置 速度 位置和速度 位置 速度作为控制量的自动控制系统。
ห้องสมุดไป่ตู้
• • • • • • • 重点： 1、步进电动机及驱动电路及线路连接 2、交流电动机伺服系统 3、直流伺服电动机 4、进给驱动装置的连接与调试 难点： 进给驱动装置的连接与调试
情境3：伺服驱动系统的连接与调试 情境 ：
进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说CNC 装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指 挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”， 是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来 的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速 度与位移量。
t
NC机床对数控进给伺服系统的要求 机床对数控进给伺服系统的要求
⒌ 能可逆运行和频繁灵活启停。 ⒍ 系统的可靠性高，维护使用方便，成本低。 综上所述：对伺服系统的要求包括静态和动态特性两方 面，对于高精度的数控机床，对动态性能的要求要更严一些。
进给伺服驱动系统是指进给伺服系统中的 驱动电机及 进给伺服驱动系统
位置控制单元 CNC 插补 指令 + 位置控制调节 器 速度控制单元 +
-
速度控制 调节与驱动
机械执行部件
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈 检测与反馈单 元
电机
NC机床对数控进给伺服系统的要求 机床对数控进给伺服系统的要求
1.调速范围要宽且要有良好的稳定 性(在调速范围内) 调速范围： 一般要求：
情境3 情境3：伺服驱动系统的连接与调试 概述
一进给伺服系统的定义及组成 进给伺服系统的定义及组成
1 . 定义： 进给伺服系统(Feed Servo System)——以移动 部件的位置 速度 位置和速度 位置 速度作为控制量的自动控制系统。
ห้องสมุดไป่ตู้
进给伺服系统
稳定性 精度高 快速响应性 调速范围 低速大转矩输出
进给伺服系统的性能主要取决于组成系统的机电两 部分的匹配，即机电参数配合的协调性。 部分的匹配，即机电参数配合的协调性。
Shannxi University of Technology
三、进给伺服系统的控制方式
1开环控制 开环控制
Shannxi University of Technology
光源
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光电脉冲编码器的应用 光电脉冲编码器在数控机床上， 光电脉冲编码器在数控机床上，用在数字比较 伺服系统中，作为位置检测装置。 伺服系统中 ， 作为位置检测装置 。 光电脉冲编 码器将位置检测信号反馈给CNC装置有几种方 码器将位置检测信号反馈给 装置有几种方 式： 一是适应带加减计数要求的可逆计数器， 一是适应带加减计数要求的可逆计数器，形成 加计数脉冲和减计数脉冲。 加计数脉冲和减计数脉冲。 二是适应有计数控制端和方向控制端的计数器， 二是适应有计数控制端和方向控制端的计数器， 形成正走、反走计数脉冲和方向控制电平。 形成正走、反走计数脉冲和方向控制电平。
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Shannxi University of Technology
2.光电脉冲编码器的工作原理 A、B信号为具有 ° 信号为具有90° 、 信号为具有 两个光电元件 错开90° 错开 A相比 相导前90°。若A相导 相比B相导前 相位差的正弦波， °相位 ° 相导 光敏元件 相比 相导前 相位差的正弦波，这 透镜 透光狭缝 码盘基片 光欄板 组信号经放大器放大 角安装。 相时为正方向旋转， 角安装。当圆 前B相时为正方向旋转，则B 相时为正方向旋转 与整形， 盘旋转一个节 与整形，得下图所示 相导前A相时就是负方向旋转 相时就是负方向旋转。 相导前 相时就是负方向旋转。 的输出方波 距时， 距时 利用A相与 相与B相的相应关系可 利用 相与 相的相应关系可 ，在光源 照射下， 照射下，就在 以判别编码器的旋转方向 z b a 节距τ 光电元件上得 m+τ/4 信号处理装置 到一个光电波 形输出 Z Z B B A A