伺服系统概述.doc-数控技术-长春工业大学.doc

PAGE 1 PAGE 1 数控技术 课程教案/讲稿 伺服系统概述 教 师 姓 名： 杨丽梅 学院（部、中心）： 机电工程学院 教研室∕实验室： 机电教研室 联 系 电 话： 2009 年 7 月 长 春 工 业 大 学 课 程 教 案∕讲 稿 用 纸 讲 授 内 容 教学设计∕备注 伺服系统概述 重点内容：伺服系统结构和分类。 难点内容：伺服系统的性能指标。 一、伺服系统的含义 1、伺服系统的含义 伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。 伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。 数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。该系统包括了大量的电力电子器件，结构复杂，综合性强。 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。 2、伺服系统的组成 组成：伺服电机 驱动信号控制转换电路、电子电力驱动放大模块、位置调节单元、 速度调节单元、电流调节单元、检测装置。一般闭环系统为三环结构：位置环、速度环、电流环。 上面是三环结构系统， 位置、速度和电流环均由：调节控制模块、检测和反馈部分组成。电力电子驱动装置由驱动信号产生电路和功率放大器组成。 严格来说：位置控制包括位置、速度和电流控制；速度控制包括速度和电流控制。位置控制主要用于进给运动坐标轴，对进给袖的控制是要求最高的位置控制，不仅对单个轴的运动速度和位置精度的控制有严格要求，而且在多轴联动时，还要求各进给运动轴有很好的动态配合，才能保证加工精度和表面质量。位置控制功能包括位置控制、速度控制和电流控制。速度控制功能只包括速度控制和电流 控制，一般用于对主运动坐标轴的控制。 二、对伺服系统的基本要求 1．精度高 伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确 度。包括定位精度和轮廓加工精度。定位精度一般允许的偏差为0.01—0.001mm，甚至 0.1um。轮廓加工精度与速度控制、联动坐标的协调一致控制有关。 2．稳定性好 稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。 3．快速响应 快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面租糙度，要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快。一 方面要求过渡过程(电机从静止到额定转速)的时间要短，一般在200ms以内，甚至小于几十毫秒，另一方面要求超调要小。 4．调速范围宽 调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速 和最低转速之比。0～24m / min。 5．低速大转矩 进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，能提供较大转矩。在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。 三、对伺服电机的要求： 1、调运范围宽且有良好的稳定性，低速时的速度平稳性 2、电机应具有大的、较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。 3、反应速度快，电机必须具有较小的转动惯量、较大的转矩、尽可能小的机电时间常数和很大的加速度(400rad / s2以上)。 4、能承受频繁的起动、制动和正反转。 四、伺服系统的分类 1、按伺服系统的功能分类 （1）开环控制系统 开环控制系统驱动元件是步进电动机，没有检测装置，信息流是单向的，系统稳定性好。 （2）半闭环系统 驱动元件常采用伺服电机，有检测装置，且检测装置是从驱动装置或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不直接检测运动部件的实际位置。 （3）闭环系统 闭环控制系统的控制流是双向的，检测装置可直接对运动部件的实际位置进行检测。 2、按使用的执行元件分类 （1）电液伺服系统 电液脉冲马达和电液伺服马达。 优点：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。 缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声、漏油。 （2）电气伺服系统 伺服电机（步进电机、直流电机和交流电机） 优点：操作维护方便，可靠性高。 1）直流伺服系统 进给运动系统采用大惯量宽调速