数控机床的闭环控制系统

，
旋转变压器工作原理：
两线圈的互感：
LD Lm cos
线圈D加入交流电：
uD Um sint
线圈α 感应电动势：
u kuD cos kUm sint 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 kuD cos(90 ) kuD sin
实际的旋转变压器：
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
Vs Vc
Vm Vm
sint A绕组 cost B绕组
x 滑尺位移
2。感应同步其工作在幅值工作方式
Vs Vc
Vm Vm
sin sint A绕组 cos sint B绕组
Vo kVs cos kVc cos( 90) kVm sin sint cos kVm cos sint sin kVm sin( ) sint
D、G线圈在α、β线圈上感应电压：
D对α、β G对α、β
u kuD cos u kuD cos( 90) kuD sin
u kuG cos( 90) u kuG cos
若在D、G两线圈加入：
uD Um sint
uG Um cost
u kuD cos kuG cos( 90) kUm sint cos kUm cost cos( 90) 同理 ：kUm sin(t ) u kUm cos(t )
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：
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。
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
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
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
Vo kVm sint cos kVm cost sin kVm sin(t )
Vo kVm sint cos kVm cost sin kVm sin(t )
x k 耦合系数 相移（动、定尺之间） 感应同步器的半节距
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
§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。
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BBAA
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
有透光型
转角度，即圆光栅
干涉条纹的特点
光栅倾角