《伺服驅(qū)動系統(tǒng)東大》PPT課件

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1、6伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置(計算機)和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。數(shù)控機床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、伺服機構(gòu)或伺服單元。系統(tǒng)包括大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、綜合性強。8/7/202116伺服驅(qū)動系統(tǒng)（1）進給驅(qū)動控制機床各坐標(biāo)軸的切削進給運動，是一種精密的位置跟蹤與定位系統(tǒng)，它包括速度控制，也是一般概念的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。（2）主軸驅(qū)動控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運

2、動和切削過程中的轉(zhuǎn)矩和功率，一般以速度控制為主。對C坐標(biāo)功能的主軸驅(qū)動也需要位置控制。（3）輔助驅(qū)動在各類加工中心或多功能數(shù)控機床中，控制刀庫、料庫等輔助系統(tǒng)，多采用簡易的位置控制。8/7/202126.1.1伺服系統(tǒng)的組成組成：伺服電機驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路電子電力驅(qū)動放大模塊位置調(diào)節(jié)單元速度調(diào)節(jié)單元電流調(diào)節(jié)單元檢測裝置一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。8/7/202136.1.1伺服系統(tǒng)的組成位置調(diào)解速度調(diào)解電流調(diào)解轉(zhuǎn)換驅(qū)動工作臺電流反饋速度反饋位置反饋MG位置、速度和電流環(huán)均由調(diào)節(jié)控制模塊、檢測和反饋部分組成

3、。電力電子驅(qū)動裝置由驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和功率放大器組成。嚴(yán)格來說：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。8/7/202141．精度高伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。包括定位精度和輪廓加工精度。2．穩(wěn)定性好穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。3．快速響應(yīng)快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。4．調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機械要求電機能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。0～24m

4、/min。5．低速大轉(zhuǎn)矩進給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個速度范圍內(nèi)都要保持這個轉(zhuǎn)矩；主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。6.1.2對伺服系統(tǒng)的基本要求8/7/20215對伺服電機的要求：（1）調(diào)運范圍寬且有良好的穩(wěn)定性，低速時的速度平穩(wěn)性（2）電機應(yīng)具有大的、較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。（3）反應(yīng)速度快，電機必須具有較小的轉(zhuǎn)動慣量、較大的轉(zhuǎn)矩、盡可能小的機電時間常數(shù)和很大的加速度(400rad/s2以上)。（4）能承受頻繁的起動、制動和正反

5、轉(zhuǎn)。6.1.2對伺服系統(tǒng)的基本要求8/7/20216（7）伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求由于數(shù)控對伺服系統(tǒng)提出了如上的嚴(yán)格技術(shù)要求，伺服系統(tǒng)對其自身的執(zhí)行機構(gòu)-電動機-提出了嚴(yán)格的要求。①從最低速到最高速電機都要平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)距波動要小，尤其是在低速如0.1r/min或更低轉(zhuǎn)速時，仍有穩(wěn)定的速度而無爬行現(xiàn)象。②電機應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載4-6倍而不損壞。③為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機應(yīng)該有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并且有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。電機應(yīng)具有耐受4

6、000rad/s2以上角加速度的能力，才能保證電機在0.2s以內(nèi)從靜止到額定轉(zhuǎn)速。④電機應(yīng)能承受頻繁啟動、制動和反轉(zhuǎn)。8/7/202176.1.2對主軸伺服系統(tǒng)的要求對主軸伺服系統(tǒng)，除上述要求外，還應(yīng)滿足如下要求：（1）主軸與進給驅(qū)動的同步控制該功能使數(shù)控機床具有螺紋和螺旋槽加工的能力。（2）準(zhǔn)?？刂圃诩庸ぶ行纳?，為了實現(xiàn)自動換刀，要求主軸能進行高精確位置的停止。（3）角度分度控制角度分度控制有兩種類型：一是固定的等分角度控制；二是連續(xù)的任意角度控制。任意角度控制是帶有角位移反饋的位置伺服系統(tǒng)，這種主軸坐標(biāo)具有進給坐標(biāo)的功能，

7、稱為“C”軸控制?！癈”軸控制可以用一般主軸控制與“C”控制切換的方法實現(xiàn)，也可以用大功率的進給伺服系統(tǒng)代替主軸系統(tǒng)。8/7/202186.1.3伺服系統(tǒng)的分類（1）按調(diào)節(jié)理論分類①閉環(huán)②半閉環(huán)③開環(huán)（2）按驅(qū)動部件的動作原理①電液控制系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件為液壓元件，其前一級為電氣元件。驅(qū)動元件為液動機和液壓缸，常用的有電液脈沖馬達和電液伺服馬達。數(shù)空機床發(fā)展的初期，多數(shù)采用電液伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)具有在低速下可以得到很高的輸出轉(zhuǎn)矩，以及剛性好、時間常數(shù)小、反映快速度平穩(wěn)等特點。然而，液壓系統(tǒng)需要油箱、油管等供油系統(tǒng)，

8、體積大。此外還有噪聲、漏油等問題，故從20世紀(jì)70年代起逐步被電氣伺服系統(tǒng)代替。只是具有特殊要求，才采用電液伺服系統(tǒng)。8/7/20219②電氣控制系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)全部采用電子器件和電機部件，操作維護方便、可靠性高。電器伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動元件主要有步進電機、直流伺服電機和交流伺服