????? 數(shù)控機(jī)床表進(jìn)給伺胭系統(tǒng)是位置隨動(dòng)系統(tǒng)，需要對(duì)位置和速度進(jìn)行精確控制。通常需要處理位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的控制信息，根擬這些信息是用軟件來(lái)處理還是用硬件處理，可將伺服系統(tǒng)分為全數(shù)字式和混合式。
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?? ?混合式伺服系統(tǒng)是位里環(huán)用軟件控制，速度環(huán)和電流環(huán)用硬件控制.在混合式伺服系統(tǒng)中，位里環(huán)控制在數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)行，并由數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)得出位里指令值.由位置采樣輸入實(shí)際值，用軟件計(jì)算出位里偏差，經(jīng)軟件位置調(diào)節(jié)后得到速度指令值。經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后作為速度控制單元(伺服驅(qū)動(dòng)裝里)的速度給定值，通常為模擬電壓-10~+ 1OV。在驅(qū)動(dòng)裝置中，經(jīng)速度和電流調(diào)節(jié)后，經(jīng)功率馭動(dòng)控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。
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?? 而在全數(shù)字伺服系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)直接將插補(bǔ)運(yùn)算得到的位置指令以數(shù)字信號(hào)的形式傳送給伺服驅(qū)動(dòng)裝置，伺服驅(qū)動(dòng)裝置本身具有位置反饋和位置控制功能，獨(dú)立完成位置控制。
數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)之間通過(guò)通信傳遞如下信息:
①位置指令和實(shí)際指令;
②速度指令和實(shí)際速度;
③實(shí)際電流和實(shí)際轉(zhuǎn)矩;
④伺服系統(tǒng)和伺服電動(dòng)機(jī)的配置數(shù)據(jù);
⑤伺服狀態(tài)信息和伺服系統(tǒng)的報(bào)普信息;
⑥控制方式指令。
??? 我國(guó)工業(yè)用電的頻率是固定的50Hz，所以，交流電動(dòng)機(jī)變頗調(diào)速時(shí)必須改變電動(dòng)機(jī)供電電壓的頻率。常用的方法有:直接的交-交變頻和間接的交-直-交變頻。具體變頻方式分類如圖8-2所示。
?? 交-交變頻是用晶閘管整流器把工領(lǐng)文流電直接變成頓率較低的脈動(dòng)文誰(shuí)電，這個(gè)膝動(dòng)交流電的基波電壓就是所需變頻電壓.因?yàn)橹恍枰淮坞娔苻D(zhuǎn)換，不經(jīng)過(guò)其他中間環(huán)節(jié),效率高、工作可靠，但這種方法得到的交流電波動(dòng)較大，頻率變化的范圍也是有限的。
?? 交-直-交變頻由整流器、中間環(huán)節(jié)和逆變器三部分組成.整流器把交流電整流成直流電，作為逆變器的直流供電電源.而逆變器是將可調(diào)直流電變?yōu)檎{(diào)頻調(diào)壓的交流電，逆變器有晶體管，和晶閘管之分.這種方式的變頻器所得交流電波動(dòng)小.變頻范圍寬，調(diào)節(jié)線性度好.數(shù)控機(jī)床上經(jīng)常使用這種方法。在交一直一交變頻中應(yīng)用最廣泛的是SPWM變頻技術(shù).即正弦波脈寬調(diào)制，其調(diào)制的特點(diǎn)為等距、等幅，而不是等寬。
]]>? 根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的理論，直流電動(dòng)機(jī)分別控制勵(lì)磁電流和電樞電流，即可方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的線性控制。對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)因?yàn)槎ㄗ优c轉(zhuǎn)子間存在著強(qiáng)烈的電磁禍合關(guān)系，不能形成類似直流電動(dòng)機(jī)那樣的獨(dú)立變量。
? 矢量控制就是把交流電動(dòng)機(jī)模擬成直流電動(dòng)機(jī)的一種新型控制技術(shù)，用直流電動(dòng)機(jī)的控制方法來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)。方法是以交流電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)定向，把定子電流向量分解成與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向相平行的磁化電流分里id和相垂直的轉(zhuǎn)矩電流分量iq，分別使其對(duì)應(yīng)直流電動(dòng)機(jī)中的勵(lì)磁電流和電樞電流。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，分別對(duì)磁化電流分量id和轉(zhuǎn)矩電流分量iq進(jìn)行控制，以達(dá)到對(duì)實(shí)際的交流電動(dòng)機(jī)控制的目的。應(yīng)用這種技術(shù)，己使交流調(diào)速的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能接近或者達(dá)到了直流電動(dòng)機(jī)的高性能。在數(shù)控御妹的進(jìn)給與主軸驅(qū)動(dòng)中，矢量控制應(yīng)用日益廣泛，并可以完全取代直流驅(qū)動(dòng)。
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矢量控制的電流計(jì)算需要較復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展使矢量控制技術(shù)日臻成熟。
?交流伺服系統(tǒng)變頻調(diào)速是根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的工作原理，轉(zhuǎn)速和頻率成正比的關(guān)系，通過(guò)調(diào)住頻率，達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。
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根據(jù)交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理，變頻調(diào)速其有如下特點(diǎn).
(1)交流伺服電動(dòng)機(jī)額定頻率以下的調(diào)速是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速在下調(diào)伺服電動(dòng)機(jī)的頻率時(shí)，為了防止損壞電動(dòng)機(jī)，配合降低電動(dòng)機(jī)的電壓，同時(shí)保證繞組的電流不變，使轉(zhuǎn)矩不變，即為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。這也符合數(shù)控機(jī)床的要求，數(shù)控機(jī)床要求伺勝系統(tǒng)在低速時(shí)，保持轉(zhuǎn)矩不下降.
(2)交流伺服電動(dòng)機(jī)順定傾率以上的調(diào)速為恒功率調(diào)速
在上調(diào)伺服電動(dòng)機(jī)的孩串時(shí),考慮電動(dòng)機(jī)繞組耐壓的原因，不能繼續(xù)提高電動(dòng)機(jī)的電壓，只能保證電壓為頗定電壓不變.但由于轉(zhuǎn)速在提高，使電動(dòng)機(jī)的愉出功率沒(méi)有降低保持不變，保證伺服電動(dòng)機(jī)恒功率運(yùn)行，也能滿足數(shù)控機(jī)床的要求。
因?yàn)榻涣魉欧妱?dòng)機(jī)變頻調(diào)速的特點(diǎn)，配合伺服驅(qū)動(dòng)的控制電路，完全可以滿足數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求,使得交流變頻技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛應(yīng)用。
]]>伺服系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，它以數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)作為輸入的給定值與輸出被調(diào)量進(jìn)行比較，利用比較后的偏差值對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),以消除偏差，使被調(diào)量跟蹤給定值。所以，伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來(lái)源于偏差信號(hào)，必須具有反饋回路, 始終處于過(guò)渡狀態(tài)。 ]]>
數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)，這是數(shù)控機(jī)床的重要特征之一。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動(dòng)部件的位移和速度為直接控制目標(biāo)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
?伺服系統(tǒng)的性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能.數(shù)控機(jī)床的最高移動(dòng)速度、跟蹤速度、定位精度等重要指標(biāo)都取決于伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。
? 不管是直流伺服系統(tǒng)還是交流伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)本身都是一個(gè)電流、速度的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，以保證伺服進(jìn)給的穩(wěn)定。
伺服控制系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床上占有重要地位，所以，伺服系統(tǒng)的故障也是形響數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行的主要因素。
]]>(1)技照調(diào)節(jié)理論分類
伺服系統(tǒng)可以分為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)和全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。
(2)按使用的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件分類
?伺服系統(tǒng)可以分為電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)，電液伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件是電液脈沖電動(dòng)機(jī)和電液伺服電動(dòng)機(jī).但由于該系統(tǒng)存在噪聲、漏油等問(wèn)題，現(xiàn)在已完全被電氣伺服系統(tǒng)所取代。?
?電氣伺服系統(tǒng)全部采用電子元器件和電動(dòng)機(jī)執(zhí)行元件，操作方便，可靠性高，精度好.目前，電氣伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件主要有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。
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(3)按照反饋比較方式分類
1)該系統(tǒng)是閉環(huán)伺服系統(tǒng)中的一種控制方式，它是將數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)字(脈沖)指令信號(hào)與檢側(cè)裝置側(cè)得的數(shù)字(或脈沖)形成的反饋信號(hào)直接進(jìn)行比較，以產(chǎn)生位置誤差，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，整機(jī)工作穩(wěn)定，因此，得到了廣泛的應(yīng)用。
2)相位比較伺服系統(tǒng)
? 該系統(tǒng)中位置檢測(cè)元件采用相位工作方式，指令信號(hào)與反饋信號(hào)都變成某個(gè)載波的相位，通過(guò)相位比較來(lái)獲得數(shù)據(jù)位置與指令位置的偏差，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
? 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)。它是以機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件位置(或角度)和速度(或轉(zhuǎn)速)為控制量的系統(tǒng)，包括主運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)和進(jìn)給伺服系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)給伺服系統(tǒng)要求高。
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數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求:
①精度高;
②穩(wěn)定性好;
③快速響應(yīng)，無(wú)超調(diào);
④調(diào)速范圍寬;
⑥低速大轉(zhuǎn)矩;
⑥系統(tǒng)可靠性要好。 ]]>
伺服系統(tǒng)的作用是接收來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)的指令信號(hào),經(jīng)過(guò)放大和轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件跟隨指令信號(hào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，并保證動(dòng)作的快速、穩(wěn)定和準(zhǔn)確.伺服系統(tǒng)本身是一個(gè)速度和電流的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而保證運(yùn)行時(shí)速度和力矩的穩(wěn)定。
進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制機(jī)床移動(dòng)部件的位移，以直線運(yùn)動(dòng)為主，控制速度和位移量。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制主軸的旋轉(zhuǎn)，以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主，主要控制速度。
]]>? 伺服英文單詞Servo的音譯，英文的本意為“服從”，與中文伺服的含義也是相同的。
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? 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)(Servo System)是以機(jī)床移動(dòng)部件的位移和速度為直接控制目的的自動(dòng)控制系統(tǒng)，也稱為位置隨動(dòng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱伺服系統(tǒng).常見(jiàn)的伺服系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng);直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng):進(jìn)給伺服和主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):電液伺服系統(tǒng)和電氣伺服系統(tǒng)。
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? 如果把數(shù)控系統(tǒng)比做數(shù)控機(jī)床的“大腦”，是發(fā)布“命令”的指揮機(jī)構(gòu)，那么伺服系統(tǒng)就是數(shù)控機(jī)床的“四肢”，是執(zhí)行“命令”的機(jī)構(gòu)，它忠實(shí)而準(zhǔn)確地執(zhí)行由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來(lái)的運(yùn)動(dòng)命令。
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? 伺服驅(qū)動(dòng)是一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)指令.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件和驅(qū)動(dòng)裝置組成的。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件由交流或者直流電動(dòng)機(jī)、速度電流檢測(cè)元件及相關(guān)的機(jī)械傳動(dòng)和運(yùn)動(dòng)部件組成。
?? 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的性能很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能。數(shù)控機(jī)床的最高移動(dòng)速度、跟蹤速度、定位精度等重要指標(biāo)取決于伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性。
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