数控技术课程平台兰州理工大学学习教案.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,数控技术课程(kchng)平台兰州理工大学,第一页，共70页。,全闭环,精度高,，但结构复杂、成本高，调试维修困难，适于大型精密数控系统。,半闭环,精度较全闭环差些，但,结构简单，造价低,且,便于调整。,交流伺服,直流伺服,数字伺服,(二)闭环伺服系统分类(fn li),具有较高精度、速度、和动态特性,定位与控制精度高，速度(sd)快，稳定性好，有故,障自诊断和报警功能,第1页/共70页,第二页，共70页。,1对检测(jin c)元器件的要求,1)可靠性高、抗干扰能力强,2)精度、速度(sd)满足要求,3)对环境的适应性强，维护方便,4)成本低、寿命长,5)便于与数控系统联接,(三)闭环伺服系统常用(chn yn)的检测元件,第2页/共70页,第三页，共70页。,从检测(jin c)的信号分,直线型,回转型(zhun xn),从传感器,输出(shch)信号分,模拟式,数字式,2,检测传感器分类,直线感应同步器、长光栅、长磁栅、激光干涉仪,旋转变压器、圆感应同步器、,圆光栅、圆磁栅、编码盘,光栅检测装置、脉冲编码盘,旋转变压器、感应同步器,第3页/共70页,第四页，共70页。,感应同步器抗干扰能力强，对环境(hunjng)要求低，维护简单、,价格低，寿命较长，具有一定精度、应用较广。,光栅抗干扰能力强，高分辨率、大量程、测量精度高、,应用(yngyng)广泛，但成本较高，制造工艺要求高。,磁栅抗干扰能力强，对环境条件要求低，安装调整(tiozhng)方便，精度高，但存在磁信号的稳定性，磁头磨损等问题，有应用。,3,检测元件的特点,第4页/共70页,第五页，共70页。,旋转变压器抗干扰能力强、工作可靠、结构简单、动作灵敏、信号输出幅度大，对环境无特殊要求，维护方便(fngbin)，应用广泛。,脉冲编码盘工作可靠、精度高，结构紧凑、成本低，是精密(jngm)数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元器件，但抗污染能力差，易损坏。,激光干涉仪精度(jn d)很高，但抗震性、抗干扰能力差，价格较贵，应用较少。,3,检测元件的特点,第5页/共70页,第六页，共70页。,4.检测元件(yunjin)工作原理,旋转(xunzhun)变压器,旋转变压器按照(nzho)互感原理工作定子绕组上分别加上交变励,磁电压当转子旋转时，通过电磁耦合，转子绕组内产生感,应电势感应电压.,第6页/共70页,第七页，共70页。,4.检测元件工作(gngzu)原理,Us,Uc为定子正弦、余弦(yxin)绕组上的激磁电压，k为变压比，即定子绕组与转子绕组的匝数比W1/W2。,旋转(xunzhun)变压器,U=kUsSin,或,U=kUcCos,第7页/共70页,第八页，共70页。,旋转变压器作为(zuwi)位置检测装置有两种应用方式：,鉴相方式和鉴幅方式。,1.鉴相工作(gngzu)方式,在旋转变压器定子的两相正交绕组，又称为正弦,和余弦绕组上，分别(fnbi)加上幅值相等、频率相同的,正弦、余弦激磁电压,Us=Umsint Uc=Umcost,旋转变压器的应用,第8页/共70页,第九页，共70页。,旋转(xunzhun)变压器的应用,转子旋转(xunzhun)后，两个激磁电压在转子绕组中产生的,感应电压线性叠加得总感应电压为：,U=kUssin+kUccos,=kUmcos(t-),由上式可知感应(gnyng)电压的相位角就等于转子的机,械转角。因此只要检测出转子输出电压的相位角,，就知道了转子的转角，而且旋转变压器的转子,是和伺服电机或传动轴连接在一起的，从而可以求,得执行部件的角位移。,第9页/共70页,第十页，共70页。,旋转(xunzhun)变压器的应用,2.鉴幅工作(gngzu)方式,给定子的两个绕组分别(fnbi)通上频率、相位相同但幅,值不同，即调幅的少许磁电压（为机械转角）,Us=Umsinsint,Uc=Umcossint,则在转子绕组上得到感应电压为,U=kU,s,sin+kU,c,cos,=kU,m,sint(sin sin+cos cos),=kU,m,cos(-)sint,第10页/共70页,第十一页，共70页。,感应同步器,感应同步器,工作原理同旋,转变压器的工作原理相同,，,滑齿,的两个激磁绕组通,以,激磁电压,，滑齿与定齿,相对移动时，在,定齿,上便,产生,感应电压,，感应电压,随位移的变化而变化。,节距为,=2mm,第11页/共70页,第十二页，共70页。,这样滑尺在移动一个节距的过程(guchng)中，感应电压变化了一个余弦波形。,感应同步器,感应同步器,设当滑尺相对定尺移动后，感,应电压逐渐变小，在错开1/4节,距的b点时，感应(gnyng)电压为零。再,继续移到1/2节距的c点时得到的,电压值与a点位置相同，但极性,相反。随后感应(gnyng)电压在3/4节距,位置d点时又变为零，在移动一,个节距到e点时，电压幅值与a,点位置相同。,第12页/共70页,第十三页，共70页。,感应同步器,定尺和滑尺绕组的节距均为,2=2mm,，当两 尺相对移动,2,后，感应电势以余弦或正弦函数变化电气角,2,，当相对移动距离为,x,时，则对应的感应电压将变化一个相位角,，由比例关系,/(2)=x/(2),可得,:,=x/,同理，因,余弦绕组,与,正弦绕组,错开,1/4,个节距，即,/2,的相位角,，由余弦绕组激磁在定尺上产生的感应电压应按,正弦规律变化,。定尺上的总感应电压，是上述两个感应电压的,线性叠加,。,感应同步器,第13页/共70页,第十四页，共70页。,光栅位置(wi zhi)检测装置,光栅检测(jin c)装置的结构,执行部件带着标尺光栅相对指示光栅移动，通过读数头的光电转换，发送出与位移量对应(duyng)的数字脉冲信号，用作位置反馈信号或位置显示信号,第14页/共70页,第十五页，共70页。,光栅尺,光栅位置(wi zhi)检测装置,包括标尺光栅和指示(zhsh)光栅.,根据制造方法和光学原理不同，光栅可分为透射光栅和反射光栅.,透射光栅是在光学玻璃表面，或在玻璃表面感光材料的涂层上刻成光栅线纹。其特点是:,光源可以垂直(chuzh)入射，光电元件直接接受光照，因此信号幅值比较大，信噪比好，光电密度为200线/mm时，光栅本身就已经细分到.005mm从而减轻了电子线路的负担。,第15页/共70页,第十六页，共70页。,令,k=W/=1/,则,k,为放大比。,如,=0.01mm,，取,=0.002 rad=0.11,o,则,W=5mm,K=500,即,放大,500,倍,，,这样光栅节距虽小，摩尔条纹的节距却有,5mm,，因此,摩尔条纹清晰可见，易于测量,。,摩尔条纹(tio wn)的作用,放大(fngd)作用,误差(wch)均化作用,摩尔条纹,是由许多根刻线共同形成的，这样可使光栅的,节距误差,得到,平均化,。,光栅位置检测装置,第16页/共70页,第十七页，共70页。,摩尔(m r)条纹的移动距离与光栅的移动距离成比例，,光栅横向移动一个节距，摩尔(m r)条纹正好沿刻线上,下移动一个节距W，或者说在光栅刻线的某一位,置，摩尔(m r)条纹明-暗-明变化一个周期，这为光,元件的安装与信号检测提供了良好的条件。,利用脉冲变换电路可以提高光栅(gungshn)检测装置的读数分辨率，有四倍、八倍、十倍、二十倍等。,光栅(gungshn)位置检测装置,c.,测量位移,第17页/共70页,第十八页，共70页。,是一种精度(jn d)较高的位置检测装置。它由磁性标尺、磁头、和检测电路组成。,磁尺位置检测(jin c)装置,磁尺：,磁尺位置检测装置,第18页/共70页,第十九页，共70页。,磁性(cxng)标尺：,磁尺位置(wi zhi)检测装置,磁尺按,基本形状,分为,平面实体形,磁尺,一般长度为,600,mm,带 状,磁 尺,基体厚,0.2,mm,，宽,70,mm,线 状,磁 尺,长度小于,1.5,m,，套装在磁头内,圆 形,磁 尺,做成,磁盘状,，检测,角位移,表面录有相等(xingdng)节距（一般为0.05，0.1，0.2，1mm）周期变化的磁信号。,第19页/共70页,第二十页，共70页。,磁尺位置(wi zhi)检测装置,磁头,是进行,磁,电,转换的,变换器,，它把反映空间位置的,磁信号,转换为,电信号,输送到,检测电路,中去。,使用,单个磁头,的,输出信号,很小，实际使用中常将几个到几十个磁头以一定的方式联接起来，组成,多间隙磁头,。多间隙磁头中的每一个磁头都以相同的间距,m,/2,配置，相邻两个磁头的输出绕组,反向串接,。如图（多间隙磁头）,磁头(ctu),第20页/共70页,第二十一页，共70页。,工作(gngzu)原理,磁尺检测是模拟测量，检出信号(xnho)是一模拟信号(xnho)，必须经检,测电路处理变换，才能获得表示位移量的脉冲信号(xnho)。,第21页/共70页,第二十二页，共70页。,工作(gngzu)原理,两个磁头I、II的激电流，由分频、滤波和功放,后获得(hud)，磁头移动距离x后的输出电压为：,在求和电路中相加，则得磁头(ctu)总输出电压为：,第22页/共70页,第二十三页，共70页。,脉冲(michng)编码器,脉冲编码器,是一种旋转式角位移检测装置，能将,机械转角,变换成,电脉冲,，是数空机床上,使用最光,的检测装置。,脉冲(michng)编码器的分类,增量式脉冲编码器,绝对式脉冲编码盘,光电式,接触式,电磁感应式,光电式,接触式,电磁感应式,第23页/共70页,第二十四页，共70页。,增量(zn lin)式脉冲编码器,脉冲(michng)编码器,结构图,指示光栅,有两组线纹,A,和,B,，每组线纹的,节距,和,圆光栅,的节距相同，但,A,、,B,两组线纹彼此错开,1/4,个节距，每组线纹与,旋转圆光栅,配合产生两路,脉冲,A,和,B,用于,记数和辩向,。,第24页/共70页,第二十五页，共70页。,脉冲(michng)编码器,工作(gngzu)原理,光源接通，,圆光栅,旋转，光线透过两个光栅的,A,B,两组线纹，每转过一个,光栅节距,，便在光电元件上形成,明,暗,明,变化一个周期的,光信号,，并被转化为两组近乎于,正弦波,的电压信号，连续旋转便得到,A,和,B,两路,正弦电压信号,放大、整形后得到所示的方波信号,A,和,B,，如光栅盘正转时,A,相超前,90,o,，反转时,B,相超前,90,o,。另外还产生一转脉冲,Z,，,Z,为基准脉冲，或称零点脉冲，它是圆光栅盘，可以作为坐标原点的信号，车削螺纹时作为刀点的信号。,第25页/共70页,第二十六页，共70页。,脉冲(michng)编码器,是一种绝对角度位置检测装置，它的位置输出信号(xnho)是,某种制式的数码信号(xnho)，它表示位移后所达到的绝对位置，,要用起点和终点的绝对位置的数码信号(xnho)，经运算后才能得,到位移量的大小。,特点(tdin),电源切除后位置信息不会丢失，只要,通电就能显示出所在的绝,对位置信号，因此在,事故停机检修后，可以根据加工,程序章上,标明的停机时的绝对位置,，或,停机时记录下来的绝对位置,，用,绝对位移指令直接,找回原机位置进行继续加工,。,绝对式脉冲编码盘,第26页/共70页,第二十七页，共70页。,脉冲(michng)编码器,绝对(judu)式脉冲编码盘,第27页/共70页,第二十八页，共70页。,码盘上有许多同心圆环，称为码道，整个圆盘(yun pn)又分为若干个等分的扇形区段，每一相同的扇形区段的码道组成一个数码，着色的码道为“1”，未着色的码道为“0”，内环码道为数码的高位。,A图为二进制数码(shm)，B图为葛莱循环码,在圆盘的同一半径方向的每个码道处，如图的圆点所示，安装一个光电元件，光源装在圆盘的另一侧，码盘转动，每一扇形区段愉的光信号通过(tnggu)光电元件转换成数码脉冲信号。,脉冲编码器,绝对式脉冲编码盘,第28页/共70页,第二十九页，共70页。,脉冲(michng)编码器,图中,二进制,的数码,1100,的位置就是从,0,位算起的第,12,个角度,绝对坐标位置,，换算成角度是（,360/16,）,x12=270,的位置（编码盘分为,16,个区段）。,绝对(judu)式脉冲编码盘,第29页/共70页,第三十页，共70页。,纯二进制码有一个缺点：相邻两个二进制数可能有多,位二进制码不同(b tn)，当数码切换时有多个数位要进行切,换，增大了误读的机率。,葛莱码相邻两个二进制数码只有一个数位不同，因此,两数切换时只在一位进行(jnxng)，提高了读数的可靠性。,两种编码(bin m)的可靠性的比较:,脉冲编码器,第30页/共70页,第三十一页，共70页。,脉冲(michng)编码器,多圈式绝对编码器，综合(zngh)了各种编码器的长处。其内部结构,如图所式。,多圈式脉冲(michng)编码盘,第31页/共70页,第三十二页，共70页。,多圈式脉冲(michng)编码盘,脉冲(michng)编码器,它有一个光电码盘和一个磁码盘，两条通道的信号经过检测,装置内部的CPU、大规模集成电路(dinl)及驱动电路(dinl)串行地输出绝对,位置信息。,这种编码器的,优点,是：,分辨率高,响应快,具有数据长期存储功能,串行输出，信号线少，可靠性高，便于长距离传输,第32页/共70页,第三十三页，共70页。,(一)对驱动(q dn)元件的要求,1转动惯量小以提高(t go)系统的快速响应,二、驱动(q dn)元件,3,低速运行的稳定性、均匀性好,以保证低速时的精度,2,过载能力强,以适应经常出现的过冲现象,第33页/共70页,第三十四页，共70页。,1小惯量(gunling)直流伺服电动机,(,二,),直流伺服电动机,转子(zhun z)细而长大大减小了电动机的转动惯量,快速响应性能好。,2)气隙较大(jio d)换向性好，时间常数5-10ms。,3),转子上无槽,电感小，时间常数小,，动态特性 好，响应快，低速运转稳定而均匀。,4),气隙磁密度大,过载能力强,。,输出功率几,+,瓦,+,千瓦，转速,1-3000r/min,最大转矩约,20N.m,但输出需加齿轮减速,第34页/共70页,第三十五页，共70页。,1),转矩大,2)调速范围(fnwi)宽 10001500r/min,3)转动惯量小 设计时可忽略(hl)其它传动件的转动惯量,4)动态(dngti)响应好,最大峰值转矩,可达,额定转矩,的,10,倍，可在,3,倍额定,转矩的过载条件下工作,30min,，但,快速响应性能,不如小,惯量电机。,5),过载能力强,特点：,2,大惯量直流伺服电动机,第35页/共70页,第三十六页，共70页。,表1 日本(r bn)富士通公司直流伺服电动机系列几种规格的主要技术参数,第36页/共70页,第三十七页，共70页。,1,笼型异步型伺服电动机,定子 对称(duchn)三相绕组产生旋转磁场,转子 转子绕组（导体）切割磁通产生感应(gnyng)电势,感应(gnyng)电流 电磁转矩 转子转动,转子转动(zhun dng)方向与旋转磁场方向不同异步,转子,转动速度,小于,旋转磁场速度,n,0,转差率,(,三,),交流伺服电动机,第37页/共70页,第三十八页，共70页。,2永磁同步(tngb)型伺服电动机,定子 三相电枢绕组(roz)产生旋转磁场,转子 永磁体 产生(chnshng)恒定励磁磁场,通电的电枢绕组及载流导体切割磁力线,产生电磁力,以反作用力方式,驱动转子,永磁体,转动,转子,转动的方向,与旋转磁场方向,相同,同步,(,三,),交流伺服电动机,第38页/共70页,第三十九页，共70页。,表2 DC伺服电动机与AC伺服电动机的比较(bjio),第39页/共70页,第四十页，共70页。,1DC电动机转速(zhun s)公式,三、速度(sd)调节,(,一,),直流伺服电动机的调速,n,=,U,D,/C,e,-RI/C,e,UD 电枢电压 Ce与电机结构(jigu)有关的常数,励磁磁通 I 励磁电流 R电枢回路电阻,改变,U,D,调速,的方法,可控硅调速,PWM,调速,第40页/共70页,第四十一页，共70页。,1)可控硅,电力半导体器件，是弱电控制(kngzh)到强电输出的桥梁作用。,包括：阳极（A）、阴极（K）、控制(kngzh)级（G）,导通条件：）阳极A：,阴极K：,）控制(kngzh)级G 加正向电压。,2,可控硅调速,（,SCR-M,）,三、速度(sd)调节,(,一,),直流伺服电动机的调速,K,A,G,第41页/共70页,第四十二页，共70页。,三、速度(sd)调节,(,一,),直流伺服电动机的调速,2)SCR-M调速系统(xtng),特点：工作频率低，输出电压波形差，电流脉动分量大，,这不但使电机发热，工作条件恶化，也影响电网(dinwng)电压,波动。,位置检测及反馈,速度检测及反馈,位置,位置,速度,速度,电流,u,k,指令,偏差,指令,偏差,指令,M,M,电流检测反馈,U,D,M,第42页/共70页,第四十三页，共70页。,1)脉宽调速原理(yunl),3.脉宽调制(PWM)原理(yunl)与系统,PWM,P,ulse,W,idth,M,odulation,直流电源电压(diny)U经开关S,转换为一定频率的方波电压(diny)加到,直流电机电枢上，通过对方波,脉冲宽度的控制，就可改变电枢,的平均电压(diny)，从而调节电机转速。,S,U,u,D,M,M,M,第43页/共70页,第四十四页，共70页。,设开关S开闭周期为T，每次闭合(b h)时间为,则电枢两端平均电压Ud为：,Ud=U/T=rU,r:导通率(脉宽系数(xsh),T一定 Ud,=0 Ud=0 电机(dinj)停止,=T Ud=U 最高转速,S,U,u,D,M,M,M,3.,脉宽调制,(,PWM),原理与系统,PWM,P,ulse,W,idth,M,odulation,1),脉宽调速原理,u,D,u,D,U,d1,U,d2,T,T,T,：,500,2500Hz,，,大大小于电动机的时间常数，故无转速脉动。,第44页/共70页,第四十五页，共70页。,2),脉宽调制器,PWM,输入：电流调节器输出的直流电压Uc,输出：幅值恒定，宽度(kund)可变的矩形脉冲电压,方法：高频载波法、数字脉宽调制、高频极限环法等,比较器,调制信号发生器,U,c,Uc+D(t),e(t),D(t),+,+,位置检测及反馈,速度检测及反馈,位置,位置,速度,速度,电流,u,k,指令,偏差,指令,偏差,指令,M,M,电流检测反馈,U,D,第45页/共70页,第四十六页，共70页。,调制信号发生器,产生频率、幅值都固定的高频载波信号D（t）,D(t)可以是三角(snjio)波、锯齿波、正弦波,高频载波法的原理(yunl),直流输入信号Uc 叠加,在载波信号D(t)上，,再进入比较器。,比较器是一个具有继电器特性的电子元件，其输出信号是一个与D(t)同频率的矩形脉冲，脉冲占空比取决于Uc的大小。,2),脉宽调制器,PWM,比较器,调制信号发生器,U,c,Uc+D(t),e(t),D(t),+,+,第46页/共70页,第四十七页，共70页。,2),脉宽调制器,PWM,Vc,D(t),e(t),e(t),Vc=0,Vc,D(t),e(t),e(t),Vc0,Vc,D(t),e(t),e(t),Vc0,e(t),e(t),+V,Vc,-V,D(t),第47页/共70页,第四十八页，共70页。,3)功率(gngl)放大器,t,t,t,U,b1,U,b2,Uab,M,VD2,VD1,VD3,VD4,a,b,V1,V2,V3,V4,E,d,U,b3,t,t,U,b4,H,型单极型,PWM,放大器原理器,第48页/共70页,第四十九页，共70页。,3)功率(gngl)放大器,双极型,PWM,放大器原理器,Uab,t,t,t,U,b1,U,b2,M,VD2,VD1,VD3,VD4,a,b,V1,V2,V3,V4,E,d,U,b3,t,t,U,b4,第49页/共70页,第五十页，共70页。,4)PWM-M系统(xtng)组成及工作原理,电压,脉宽调制器,比较器,功率放大器,伺服,电机,调制信号发生器,U,c,Uc+D(t),e(t),u,4,D(t),+,+,PWM-M 特点：开关频率(pnl)高，仅靠电枢的电感作用，即可获得满意的滤波作用，近似直流。无论高速或低速电机转速和扭矩平滑均匀，调速比可以做得很大，且发热小，寿命长。,第50页/共70页,第五十一页，共70页。,1.交流(jioli)调速方法,交流电动机调速公式：,n=60 f1(1-S)/P,f1:定子电源频率 变频调速 高效率、宽范围(fnwi)、高精度,P:磁极对数 变 P调速,S:转差率 变 S调速,(二)交流(jioli)伺服电动机的调速,第51页/共70页,第五十二页，共70页。,(二)交流(jioli)伺服电动机的调速,2.,PWM,型变频器,构成(guchng),二极管整流器：交直变换，经电容器滤波平滑，,产生(chnshng)恒定的直流电压，输出给逆变器。,PWM,逆变器：,直,交变换,、,调频、调压，,产生,电压,、,频率,可调,交流电压,输出给伺服电动机的电枢绕组,。,M,第52页/共70页,第五十三页，共70页。,(二)交流(jioli)伺服电动机的调速,2.,PWM,型变频器,PWM 逆变器原理(yunl),第53页/共70页,第五十四页，共70页。,(二)交流(jioli)伺服电动机的调速,2.,PWM,型变频器,PWM 逆变器原理(yunl),ED：二极管整流器输出(shch)的直流电压,VT1-VT4：大功率晶体管，工作于开关壮态,控制信号：,加在,VT1-VT4,基极上的一组等副、不等宽的矩,形脉冲,(,调制信号,),，由控制电路产生,。,输出信号：,逆变器输出端,Uab,一组与控制信号频率相同、但,幅值放大的矩行脉冲,。,第54页/共70页,第五十五页，共70页。,改变VT1、VY4和VT2、VT3交替导通的时间改变输出(shch)波,形的频率；,(二)交流(jioli)伺服电动机的调速,2.,PWM,型变频器,PWM 逆变器原理(yunl),改变半周期内,VT1,、,VY4,（或,VT2,、,VT3,）的通断比改变,脉冲宽度,改变,输出电压幅值,。,第55页/共70页,第五十六页，共70页。,六只大功率晶体(jngt),管组成全桥式电,路，电动机定子,采用“Y”连接。,(二)交流(jioli)伺服电动机的调速,2.,PWM,型变频器,PWM 逆变器原理(yunl),逆变器,与,电动机,定子三相绕组,的,连接如图所示,第56页/共70页,第五十七页，共70页。,方波 三角波调制：输出波形的平均值按方波形式变化,三角波 载波信号(xnho)，决定逆变器的开关频率。,3.PWM 控制信号(xnho)形成,第57页/共70页,第五十八页，共70页。,*正弦波三角波调制：输出波形的平均值按正弦波形式变化,*方波、正弦波 控制信号，频率(pnl)、幅值均可调，决定逆变器的输出频率(pnl)和幅值，可以由矢量变换控制获得。,*两信号交叉点调制信号，即逆变器功率晶体管基极的控制信号,3.PWM 控制(kngzh)信号形成,第58页/共70页,第五十九页，共70页。,4.失量变换(binhun)控制原理,失量控制由德国学者于1972年提出,首先应用于感应(IM)电动,机中,目前也应用于永磁电动机(PM)中,且更易(n y)实现,在高性能,伺服驱动系统中得以广泛应用。,失量控制(kngzh)是模仿直流电动机的控制(kngzh)得出的。,直流伺服电动机,定子,绕组,通以电流,I,f,产生励磁磁通,电枢,绕组,通以电流,I,a,产生电磁转矩,I,f,I,a,彼此独立，,分别调节,可以控制,、,T,此外,，,励磁磁场,和,电枢电流空间角度,是由电刷和机械换向所,固定，且是正交的，从而使电枢电流产生的,电磁转矩,最大。,第59页/共70页,第六十页，共70页。,4.失量变换控制(kngzh)原理,同步：两磁场(cchng)相互作用，转子产生转动，转速与旋转磁常相同,永磁同步交流(jioli)伺服电动,转子,永磁体,产生恒定的励磁磁场,定子,三相电枢绕组,电枢电流,产生旋转磁场,励磁磁场,与,电枢电流,的,空间角度,不是固定的，,随负载,而变化，,故不能简单地通过调节,电枢电流,来直接控制,电磁转矩,。,第60页/共70页,第六十一页，共70页。,4.失量变换控制(kngzh)原理,设计一控制系统，对电枢电流相对励磁磁场进行(jnxng)空间定向控,制角度控制；同时也控制电枢电流幅值幅值控制，,统称失量控制。,在角度控制中，选择使电枢磁场与励磁(l c)磁场空间角度正交,磁场定向，使电枢电流产生的电磁转矩最大，以实现直流伺服,电动机的严格模拟。,永磁同步交流伺服电动,第61页/共70页,第六十二页，共70页。,交流调速系统控制回路的结构与原理(yunl)如下图：,第62页/共70页,第六十三页，共70页。,交流(jioli)调速系统控制回路的结构与原理图说明,1)转子磁极(cj)位置检测电路,为了使电流与永磁体磁通在空间角度正交,必须正确检测出磁极(cj)位置.,检测位置:旋转变压器,2)正弦波产生(chnshng)电路 产生(chnshng)以转子位置为相位的正弦波,第63页/共70页,第六十四页，共70页。,3)DC-SIN(直流正弦)变换回路(hul),由于在交流伺服电动机中需向电绕组通以三相交流正弦电压,故,需将速度调节器输出的直流电流参考信号转化为交流正弦信号,交流调速系统控制回路(hul)的结构与原理图说明,DC-SIN变换回路原理:,正弦波发生电路输出的数字化正弦波信号(xnho)与速度调节器输出的直,流信号(xnho)在乘法器中相乘,其输出信号(xnho)作为交流正弦电流指令.,第64页/共70页,第六十五页，共70页。,交流调速系统控制回路的结构(jigu)与原理图说明,第65页/共70页,第六十六页，共70页。,交流调速系统控制回路(hul)的结构与原理图说明,4)正弦波PWM电路,以一定频率和一定振幅的三角波与电流调节器输出的正弦波在比,较器中进行比较，若只取出正弦波超出三角波的部分，即可输出,不等宽的脉冲列。当脉冲的占空比为50%时,逆变器的输出电压,为零。由于正弦波以50%占空比为中心(zhngxn)而向两边增减，平均看来,就得到了正弦调制。,第66页/共70页,第六十七页，共70页。,交流调速系统控制回路的结构(jigu)与原理图说明,第67页/共70页,第六十八页，共70页。,交流调速系统控制回路(hul)的结构与原理图说明,5)速度(sd)检测回路,检测装置:旋转变压器、光电编码器,可同时(tngsh)完成磁极位置的检测。,6),速度调节器,ASR,ASR,输入信号,：,速度指令,与,速度反馈,信号,输出信号,：,电流指令,信号（直流量）,控制规律,：,比例积分,(PL),作用,：进行稳定的,速度控制,要求,：能,快速响应速度指令,；,第68页/共70页,第六十九页，共70页。,交流调速系统控制回路(hul)的结构与原理图说明,7)电流(dinli)调节器ACR,ACR输入信号：电流指令与电流反馈信号,输出信号：电流控制信号,控制规律：比例积分(PL),作用：完成(wn chng)与磁通矢良正交的高速控制，使电枢绕组中的电,流在幅值和相位上都得到有效控制,要求：具有更高的快速性，以适应对电流瞬时值跟踪控制.,第69页/共70页,第七十页，共70页。,