數(shù)控技術第6章數(shù)控機床伺服系統(tǒng)Contents目錄數(shù)控機床伺服系統(tǒng)概述數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的控制原理數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的驅(qū)動元件數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的檢測元件數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的位置控制數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的速度控制數(shù)控機床伺服系統(tǒng)概述01伺服系統(tǒng)是指能夠自動跟隨和復現(xiàn)指令信號的變化，并能夠進行反饋控制，使輸出量能夠自動跟隨輸入指令信號的變化的機電一體化系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，它能夠?qū)⑤斎氲臄?shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成機床工作臺或刀具的實際運動，從而實現(xiàn)高精度、高速度的加工。伺服系統(tǒng)的定義與作用作用定義組成數(shù)控機床伺服系統(tǒng)通常由伺服驅(qū)動器、伺服電機、反饋裝置和機床工作臺（或刀具）等部分組成。分類根據(jù)控制方式的不同，伺服系統(tǒng)可以分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制等類型；根據(jù)驅(qū)動方式的不同，伺服系統(tǒng)可以分為步進電機、直流電機和交流電機等類型。伺服系統(tǒng)的組成與分類定位精度是指伺服系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的實際位置與指令位置之間的偏差；重復定位精度是指伺服系統(tǒng)在多次定位過程中實現(xiàn)相同位置的能力。定位精度和重復定位精度動態(tài)響應特性是指伺服系統(tǒng)對輸入指令信號的響應速度，包括上升時間、峰值時間、調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量等參數(shù)。動態(tài)響應特性穩(wěn)態(tài)特性是指伺服系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時的性能表現(xiàn)，包括系統(tǒng)的靜態(tài)誤差、無差度、跟隨誤差等參數(shù)。穩(wěn)態(tài)特性伺服系統(tǒng)的性能指標數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的控制原理02開環(huán)控制01開環(huán)控制方式是指伺服系統(tǒng)接收到數(shù)控系統(tǒng)的指令后，直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進行運動，而沒有反饋環(huán)節(jié)。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但精度和穩(wěn)定性相對較差。半閉環(huán)控制02半閉環(huán)控制方式是在開環(huán)控制的基礎上，通過在傳動鏈上加入一個反饋環(huán)節(jié)，以提高系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。這種方式精度和穩(wěn)定性比開環(huán)控制方式好，但仍然受到傳動鏈誤差的影響。全閉環(huán)控制03全閉環(huán)控制方式是在半閉環(huán)控制的基礎上，通過在執(zhí)行機構(gòu)上加入一個反饋環(huán)節(jié)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的閉環(huán)控制。這種方式精度和穩(wěn)定性最高，但結(jié)構(gòu)復雜，成本也較高。伺服系統(tǒng)的控制方式PID控制算法PID控制算法是一種經(jīng)典的控制算法，通過比例、積分、微分三個環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的精確控制。PID控制算法簡單、可靠，被廣泛應用于各種伺服系統(tǒng)中。模糊控制算法模糊控制算法是一種基于模糊集合論和模糊邏輯的控制算法，通過對系統(tǒng)狀態(tài)的模糊描述，實現(xiàn)對系統(tǒng)的智能控制。模糊控制算法適用于非線性、不確定性和復雜性的系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法是一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的控制系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)的訓練和學習，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自適應控制。神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法適用于具有高度非線性和不確定性的系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)的控制算法位置控制參數(shù)位置控制參數(shù)是用于調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)位置環(huán)的控制參數(shù)，包括位置比例增益、積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)等。這些參數(shù)的調(diào)節(jié)直接影響著系統(tǒng)的定位精度和響應速度。速度控制參數(shù)速度控制參數(shù)是用于調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)速度環(huán)的控制參數(shù)，包括速度比例增益、積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)等。這些參數(shù)的調(diào)節(jié)直接影響著系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定性。電流控制參數(shù)電流控制參數(shù)是用于調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)電流環(huán)的控制參數(shù)，包括電流比例增益、積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)等。這些參數(shù)的調(diào)節(jié)直接影響著系統(tǒng)的力矩輸出和穩(wěn)定性。伺服系統(tǒng)的控制參數(shù)數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的驅(qū)動元件03步進電機具有快速啟動和停止、高精度定位和低噪聲等優(yōu)點，廣泛應用于數(shù)控機床的進給系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)。步進電機的主要缺點是扭矩較小，且容易受到外界干擾的影響。步進電機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換為線性運動的裝置，通過控制脈沖頻率和數(shù)量來控制電機的轉(zhuǎn)速和位置。步進電機03直流電機的缺點是維護成本較高，且在高速運轉(zhuǎn)時容易發(fā)熱。01直流電機是一種通過電流在磁場中受力的原理實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的裝置，具有較好的控制性能和調(diào)速性能。02直流電機在數(shù)控機床中主要用于主軸驅(qū)動，具有較高的旋轉(zhuǎn)精度和較寬的調(diào)速范圍。直流電機010203交流電機是一種通過交流電在磁場中受力的原理實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的裝置，具有較高的扭矩和較大的功率。交流電機在數(shù)控機床中主要用于進給系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高速度的切削加工。交流電機的缺點是調(diào)速性能相對較差，且需要使用變頻器等控制設備進行控制。交流電機數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的檢測元件04總結(jié)詞高精度線性測量詳細描述光柵尺是一種高精度的線性測量元件，用于檢測數(shù)控機床工作臺或刀具的位移量。它通過光學原理將位移量轉(zhuǎn)換為電信號，具有測量精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等優(yōu)點。光柵尺原理與結(jié)構(gòu)總結(jié)詞光柵尺由標尺光柵和讀數(shù)頭兩部分組成。標尺光柵一般固定在機床的移動部件上，而讀數(shù)頭與機床的固定部件相連。當機床移動時，標尺光柵與讀數(shù)頭之間的相對位置發(fā)生變化，從而改變透過讀數(shù)頭的光線強度，進而產(chǎn)生電信號。詳細描述光柵尺總結(jié)詞應用與選型詳細描述在數(shù)控機床中，光柵尺常用于測量工作臺或刀具的位移量，是數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)控制的關鍵元件之一。選擇合適的光柵尺需要考慮測量精度、量程、安裝尺寸等因素，以確保機床的加工精度和穩(wěn)定性。光柵尺總結(jié)詞詳細描述總結(jié)詞詳細描述總結(jié)詞詳細描述旋轉(zhuǎn)角度測量編碼器是一種用于測量旋轉(zhuǎn)角度的檢測元件，廣泛應用于數(shù)控機床的旋轉(zhuǎn)軸控制。它通過光電、磁電等方式將旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換為電信號，具有測量范圍廣、分辨率高、響應速度快等優(yōu)點。類型與原理編碼器有多種類型，如光電編碼器、磁編碼器等。其工作原理是將被測的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換為周期性的電信號，通過計數(shù)電信號的脈沖數(shù)來得到角度值。應用與選型在數(shù)控機床中，編碼器常用于測量主軸的旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)速，是數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)控制的關鍵元件之一。選擇合適的編碼器需要考慮測量范圍、分辨率、安裝尺寸等因素，以確保機床的加工精度和穩(wěn)定性。編碼器旋轉(zhuǎn)速度與位置檢測總結(jié)詞旋轉(zhuǎn)變壓器是一種用于檢測旋轉(zhuǎn)速度和位置的檢測元件，廣泛應用于數(shù)控機床的主軸控制。它通過電磁感應原理將旋轉(zhuǎn)速度和位置轉(zhuǎn)換為電信號，具有測量精度高、抗干擾能力強、可靠性高等優(yōu)點。詳細描述旋轉(zhuǎn)變壓器VS工作原理與結(jié)構(gòu)詳細描述旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子繞組產(chǎn)生勵磁磁場，轉(zhuǎn)子感應電動勢并產(chǎn)生電流。根據(jù)轉(zhuǎn)子相對于定子的位置變化，勵磁磁場與感應電流相互作用產(chǎn)生電信號，通過檢測電信號的相位和幅值可以計算出旋轉(zhuǎn)速度和位置。總結(jié)詞旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器應用與選型總結(jié)詞在數(shù)控機床中，旋轉(zhuǎn)變壓器常用于檢測主軸的旋轉(zhuǎn)速度和位置，是數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)控制的關鍵元件之一。選擇合適的旋轉(zhuǎn)變壓器需要考慮測量精度、工作溫度、安裝尺寸等因素，以確保機床的加工精度和穩(wěn)定性。詳細描述數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的位置控制05開環(huán)位置控制系統(tǒng)總結(jié)詞簡單、經(jīng)濟、精度較低詳細描述開環(huán)位置控制系統(tǒng)由步進電機或伺服電機驅(qū)動，沒有反饋環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但精度和穩(wěn)定性相對較差，適用于精度要求不高的場合。精度較高、穩(wěn)定性好、成本適中半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)在伺服電機軸上安裝了編碼器作為反饋元件，通過比較編碼器反饋的位置信息和指令位置，對誤差進行補償，精度和穩(wěn)定性較高，成本適中，廣泛應用于中等精度的數(shù)控機床。總結(jié)詞詳細描述半閉環(huán)位置控制系統(tǒng)總結(jié)詞高精度、高穩(wěn)定性、成本較高詳細描述全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)在機床工作臺上安裝了光柵尺作為反饋元件，將工作臺的實際位置反饋到控制器中進行比較，誤差補償更加精確，具有高精度和高穩(wěn)定性，但成本較高，適用于高精度、高效率的數(shù)控機床。全閉環(huán)位置控制系統(tǒng)數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的速度控制06速度控制是通過調(diào)節(jié)電機的輸入電壓或電流，使電機按照設定的速度進行旋轉(zhuǎn)。速度控制環(huán)由速度檢測裝置、速度調(diào)節(jié)器和受控電機組成，其中速度檢測裝置用于檢測電機的實際轉(zhuǎn)速，速度調(diào)節(jié)器根據(jù)實際轉(zhuǎn)速與設定轉(zhuǎn)速的差值進行調(diào)節(jié)，使電機按照設定的速度旋轉(zhuǎn)。速度控制原理123通過比較實際位置與設定位置的差值，調(diào)節(jié)電機的輸入電壓或電流，使電機按照設定的位置進行旋轉(zhuǎn)。位置控制模式通過比較實際轉(zhuǎn)矩與設定轉(zhuǎn)矩的差值，調(diào)節(jié)電機的輸入電壓或電流，使電機按照設定的轉(zhuǎn)矩進行旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩控制模式通過比較實際轉(zhuǎn)速與設定轉(zhuǎn)速的差值，調(diào)節(jié)電機的輸入電壓或電流