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一粒金砂(初级)

伺服系统的特点、分类及发展方向 [复制链接]

伺服电机(servomotor)是指在伺服体系中操控机械元件运转的发动机,是一种补助马达直接变速设备。伺服电机可使操控速度,方位精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动操控目标。伺服电机转子转速受输入信号操控,并能快速反应,在自动操控体系中,用作履行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和沟通伺服电动机两大类,其主要特色是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的添加而匀速下降。
  数控机床伺服体系的效果在于接受来自数控设备的指令信号,驱动机床移动部件跟从指令脉冲运动,并保证动作的快速和准确,这就要求高质量的速度和方位伺服。以上指的主要是进给伺服操控,别的还有对主运动的伺服操控,不过操控要求不如前者高。数控机床的精度和速度等技术指标往往主要取决于伺服体系。

 


  一、伺服体系的基本要求和特色
  1.对伺服体系的基本要求
  (1)稳定性好:稳定是指体系在给定输入或外界搅扰效果下,能在短暂的调理进程后到达新的或许回复到原有平衡状况。
  (2)精度高:伺服体系的精度是指输出量能跟从输入量的准确程度。作为精密加工的数控机床,要求的定位精度或轮廓加工精度一般都比较高,允许的偏差一般都在0.01~0.00lmm之间。
  (3)快速响应性好:快速响应性是伺服体系动态质量的标志之一,即要求跟踪指令信号的响应要快,一方面要求过渡进程时间短,一般在200ms以内,甚至小于几十毫秒;另一方面,为满足超调要求,要求过渡进程的前沿陡,即上升率要大。
  2、伺服体系的主要特色
  (1)准确的检测设备:以组成速度和方位闭环操控。
  (2)有多种反应比较原理与办法:依据检测设备完成信息反应的原理不同,伺服体系反应比较的办法也不相同。现在常用的有脉冲比较、相位比较和幅值比较3种。
  (3)高功能的伺服电动机(简称伺服电机):用于高效和杂乱型面加工的数控机床,伺服体系将经常处于频繁的启动和制动进程中。要求电机的输出力矩与转动惯量的比值大,以发生足够大的加快或制动力矩。要求伺服电机在低速时有足够大的输出力矩且运转平稳,以便在与机械运动部分连接中尽量减少中间环节。
  (4)宽调速规模的速度调理体系,即速度伺服体系:从体系的操控结构看,数控机床的方位闭环体系可看作是方位调理为外环、速度调理为内环的双闭环自动操控体系,其内部的实践工作进程是把方位操控输入转换成相应的速度给定信号后,再通过调速体系驱动伺服电机,完成实践位移。数控机床的主运动要求调速功能也比较高,因而要求伺服体系为高功能的宽调速体系。
  二、伺服体系的分类
  伺服体系按其驱动元件区分,有步进式伺服体系、直流电动机(简称直流电机)伺服体系、沟通电动机(简称沟通电机)伺服体系。按操控方式区分,有开环伺服体系、闭环伺服体系和半闭环伺服体系等,实践上数控体系也分成开环、闭环和半闭环3种类型,就是与伺服体系这3种方式相关。
  1、开环体系
  开环体系,它主要由驱动电路,履行元件和机床3大部分组成。常用的履行元件是步进电机,一般称以步进电机作为履行元件的开环体系为步进式伺服体系,在这种体系中,如果是大功率驱动时,用步进电机作为履行元件。驱动电路的主要任务是将指令脉冲转化为驱动履行元件所需的信号。
  2、闭环体系
  闭环体系主要由履行元件、检测单元、比较环节、驱动电路和机床5部分组成。其构成框图如图2所示。在闭环体系中,检测元件将机床移动部件的实践方位检测出来并转换成电信号反应给比较环节。常见的检测元件有旋转变压器、感应同步器、光栅、磁栅和编码盘等。一般把安装在丝杠上的检测元件组成的伺服体系称为半闭环体系;把安装在工作台上的检测元件组成的伺服体系称为闭环体系。因为丝杠和工作台之间传动差错的存在,半闭环伺服体系的精度要比闭环伺服体系的精度低一些。
  比较环节的效果是将指令信号和反应信号进行比较,两者的差值作为伺服体系的跟从差错,经驱动电路,操控履行元件带动工作台继续移动,直到跟从差错为零。依据进入比较环节信号的形式以及反应检测方式,闭环(半闭环)体系可分为脉冲比较伺服体系、相位比较伺服体系和幅值比较伺服体系3种。
  因为比较环节输出的信号比较弱小,不足以驱动履行元件,故需对其进行扩大,驱动电路正是为此而设置的。
  履行元件的效果是依据操控信号,即来自比较环节的跟从差错信号,将表明位移量的电信号转化为机械位移。常用的履行元件有直流宽调速电动机、沟通电动机等。履行元件是伺服体系中必不可少的一部分,驱动电路是随履行元件的不同而不同的。
  可广泛应用于数码雕刻,包装机械,模具出产等工业出产应用场合,更适用于高等学校机电一体化,电子电器,电气自动化专业学生(研究生)出产实习,课程设计等课程的实验研究。
  三、伺服体系的开展方向
  随着出产力不断开展,要求伺服体系向高精度、高速度、大功率方向开展。
  (1)充分运用迅速开展的电子和计算机技术,选用数字式伺服体系,运用微机完成调理操控,增强软件操控功能,排除模拟电路的非线性差错和调整差错以及温度漂移等要素的影响,这可大大提高伺服体系的功能,并为完成最优操控、自适应操控创造条件。
  (2)开发高精度、快速检测元件。
  (3)开发高功能的伺服电机(履行元件)。现在沟通伺服电机的变速比已达1∶10000,运用日益增多。无刷电机因无电刷和换向片零部件,加快功能要比直流伺服电机高两倍,保护也较便利,常用于高速数控机床。 

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