伺服电机的基本原理及数控应用

1.机电一体化及其机床电气控制技术的发展概况机电一体化技术随着科学技术的不断发展和生产工艺新要求的不断发展而迅速发展。控制方式主要是从手动到自动，控制功能从简单到复杂，在操作中从重到轻。随着新的控制理论和新型电子电气设备的出现，为电子控制技术的发展开辟了新的途径。传统的机床电气控制是一种继电器触点控制系统，它由继电器，接触器，按钮，行程开关等组成，以实现对机床的启动，停止和速度调节的控制。继电器触点控制系统的优点是结构简单，维护方便，抗干扰性强，价格低廉，因此广泛用于各种机床和机械设备中。目前，继电器触点控制仍然是我国机床和其他机械设备的最基本的电气控制形式之一。在实际生产中，由于存在大量通过开关量值控制的简单程序控制过程，并且实际生产过程和流程经常发生变化，传统的继电器触点控制系统往往不能满足这一要求，因此出现了一种控制装置将继电器触点控制和电子技术相结合的系统称为顺序控制器。它可以根据生产需要改变控制程序，并且其结构远比电子计算机简单，价格低廉。通过逻辑元件的插入或编程的组合，实现继电器的接点控制。然而，其装置尺寸大并且其功能也受到限制。随着大规模集成电路和微处理器技术的发展和应用，上述控制技术也发生了根本变化。 1970年代，计算机存储技术被引入到顺序控制器中，从而产生了一种新型的工业控制器-可编程逻辑控制器（PLC），它既具有计算机控制又具有继电器控制系统的优点，因此得到了广泛的应用。在工业控制中作为世界各国标准化的通用设备使用。为了解决单件小批量生产的自动化问题（约占机械总加工量的80％），在1950年代出现了CNC机床。它整合了电子，计算机，检测，自动控制和机床结构设计等各个技术领域的技术成就。这是典型的机电一体化产品。经过40年的发展，数控机床的种类和性能一直在不断提高。其中，带轮廓控制的CNC机床和具有自动换刀装置和可自动转位的工作台的CNC加工中心发展得更快。 CNC机床由控制介质，CNC设备，伺服系统和机床主体组成。伺服系统的性能是决定CNC机床加工精度和生产率的主要因素之一。 2.伺服系统在CNC加工中的作用和组成。在自动控制系统中，其输出可以以一定的精度跟随输入的变化的系统称为跟踪系统，也称为伺服系统。 CNC机床的伺服系统是指将机床运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，也称为跟踪系统。伺服系统由伺服驱动装置和驱动组件（或执行器伺服电机）组成。高性能伺服系统还具有检测装置，用于反馈实际输出状态。 CNC机床伺服系统的功能是接受来自CNC设备的指令信号，驱动机床运动部件以跟随指令脉冲运动，并确保快速准确的动作，这需要高质量的速度和位置伺服。以上主要是指进给伺服控制，除了伺服控制的主要动作外，对控制的要求还不如h像以前一样。数控机床的精度和速度通常主要取决于伺服系统。 3.伺服系统的基本要求和特性1.伺服系统的基本要求（1）稳定性：稳定性是指在给定的输入或外部干扰下，系统可以在短暂的调整过程中达到新的或恢复。 。达到原始平衡状态。 （2）高精度：伺服系统的精度是指输出可以跟随输入的程度。作为精密加工的CNC机床，所需的定位精度或轮廓加工精度通常较高，容许偏差通常在0.01〜0.00lmm之间。 （3）良好的快速响应：快速响应是伺服系统动态质量的标志之一，即要求跟踪命令信号的响应要快。一方面，过渡过程的时间要短一些，一般在200ms以内，甚至不到几十毫秒，另一方面，为了满足过冲要求，过渡过程的前沿需要陡峭，即上升速度应大。 2.伺服系统的主要特点（1）检测装置：形成速度和位置的闭环控制。 （2）有多种反馈比较原理和方法：根据检测装置实现信息反馈的原理不同，伺服系统反馈比较方法也不同。目前，有脉冲比较，相位比较和幅度比较三种。 （3）高性能伺服电机（简称伺服电机）：对于高效，复杂的表面加工数控机床，伺服系统经常处于频繁启动和制动的过程中。为了产生足够大的加速度或制动转矩，要求电动机的输出转矩与惯性矩之比较大。要求伺服电动机具有足够大的输出转矩，并在低速下平稳运行，以最大程度地减少与机械运动有关的中间环节。 （4）调速范围广的调速系统，即调速伺服系统：从系统的控制结构来看，数控机床的位置闭环系统可以看作是带位置调节的双闭环自动控制作为外部回路，作为内部回路进行速度调节。系统的实际工作过程是将位置控制输入转换为相应的速度给定信号，然后通过速度控制系统驱动伺服电机以实现实际排量。数控机床的主要运动需要高速调节性能，因此伺服系统必须是高性能的宽速调节系统。四，伺服系统的分类伺服系统按其驱动部件划分，有步进伺服系统，直流电动机（简称直流电动机）伺服系统，交流电动机（简称交流电动机）伺服系统。根据控制方法，有开环伺服系统，闭环伺服系统和半闭环伺服系统。实际上，数控系统也分为开环，闭环和半闭环三种类型，它们与伺服系统的三种方法有关。 1.开环系统图1是开环系统的示意图，它主要由驱动电路，执行器和机床组成。常用的执行器是步进电机。以步进电机为执行器的开环系统通常称为步进伺服系统。在此系统中，如果由大功率驱动，则将步进电机用作执行器。驱动电路的主要任务是将指令脉冲转换为驱动执行器所需的信号。 2.闭环系统pstyle =” font-family：Times New Roman，字体大小：14.6667px，行高：25px，w