第9章伺服系统与位置检测装置资料课件

第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 第第9章章伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置9.1伺服系统概述伺服系统概述9.2开环步进电动机驱动系统开环步进电动机驱动系统9.3直流伺服系统直流伺服系统9.4交流伺服系统交流伺服系统9.5位置检测装置位置检测装置习题习题第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.1伺服系统概述伺服系统概述1.基本概念基本概念伺伺服服（Servo）系系统统又又叫叫随随动动系系统统，是是一一种种能能够够跟跟随随指指令令信信号号的的变变化化而而动动作作的的自自动动控控制制装装置置，根根据据实实现现方方法法不不同同，可可以以分分为为机机械械随随动动（仿仿形形）系系统统、液液压压伺伺服服系系统统、电电气气伺伺服服系系统统等等，目目前前的的数数控控机机床床均均采采用用电电气伺服系统。气伺服系统。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 在在数数控控机机床床中中，CNC装装置置是是发发布布命命令令的的“大大脑脑”，而而伺伺服服系系统统则则是是数数控控机机床床的的“四四肢肢”，是是一一种种执执行行机机构构，它它能能够够准准确确地地执执行行来来自自CNC装置的运动指令。装置的运动指令。伺服系统由伺服驱动装置、伺服系统由伺服驱动装置、伺服电动机、伺服电动机、位置检测装置等组成。位置检测装置等组成。来来将将电电能能转转换换为为机机械械能能，拖拖动动机机械械部部件件移移动或转动。动或转动。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2.数控机床对进给伺服系统的数控机床对进给伺服系统的要求要求数控机床对进给伺服系统的要求是：数控机床对进给伺服系统的要求是：（1）调速范围调速范围宽宽，在大的速度范围内运转稳定。在大的速度范围内运转稳定。（2）负负载载特特性性硬硬，抗抗扰扰动动能能力力强强，能能保保证证切切削削过过程程中中受受负负载载冲冲击击时时速速度度不不变变，尤尤其其在在低低速速时时应应有有足足够够的负载能力。的负载能力。（3）反应速度）反应速度快快。（4）准确度准确度高高。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.2开环步进电动机驱动系统开环步进电动机驱动系统开开环环伺伺服服系系统统不不设设位位置置检检测测反反馈馈装装置置，不不构构成成运运动动反反馈馈控控制制回回路路，电电动动机机按按数数控控装装置置发发出出的的指指令令脉脉冲冲工工作作，对对运运动动误误差差没没有有检检测测反反馈馈和和处处理理修修正正过过程程。其其典典型型代代表表是是步步进进电电动动机机开开环进给伺服系统，环进给伺服系统，如图如图9.1所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.1步进电动机开环进给伺服系统结构图步进电动机开环进给伺服系统结构图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.1中中，数数控控装装置置发发出出指指令令脉脉冲冲通通过过环环形形分分配配器器和和功功率率放放大大器器驱驱动动步步进进电电动动机机，每每发发出出一一个个指指令令脉脉冲冲，步步进进电电动动机机就就转转过过一一个个角角度度，此此角角度度叫叫做做步步进进电电动动机机的的步步距距角角。步步进进电电动动机机通通过过齿齿轮轮箱箱、滚滚珠珠丝丝杠杠驱驱动动工工作作台台运运动动，其其运运动动的的位位移移量量与与指指令令脉脉冲冲数数成成正正比比，运运动动速速度度与脉冲的与脉冲的频率频率成正比。成正比。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.2.1步进电动机步进电动机1.步进电动机的特点步进电动机的特点步进电动机是一种将步进电动机是一种将电脉冲电脉冲信号转换成相信号转换成相应应角位移角位移的机电执行元件。的机电执行元件。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 概括起来，概括起来，步进电动机具有如下步进电动机具有如下优点优点：（1）转转子子的的角角位位移移量量和和转转速速严严格格受受脉脉冲冲的的数数量量和和频频率率控控制制，有有脉脉冲冲就就走走，无无脉脉冲冲则则停停，旋转方向由通电顺序决定。旋转方向由通电顺序决定。（2）体积体积小小，重量轻，重量轻，价格低。价格低。（3）驱驱动动简简单单，工工作作可可靠靠，误误差差不不长长期期积累。积累。（4）精度精度高高，惯性小，惯性小，容易调试。容易调试。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 步进电动机的主要步进电动机的主要缺点缺点是：是：使用不当时，使用不当时，会引起会引起“失步失步”或或“过冲过冲”；运转时有振动和运转时有振动和噪音噪音；额定额定转速较低转速较低，最高频率一般不超过最高频率一般不超过1kHz。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2.步进电动机的分类步进电动机的分类1）反应式步进电动机反应式步进电动机反反应应式式步步进进电电动动机机的的定定子子和和转转子子由由硅硅钢钢片片或或其其他他软软磁磁材材料料制制成成，定定子子上上有有励励磁磁绕绕组组，绕绕组组相相数数一一般般为为二二、三三、四四、五五、六六相相，步步距角一般为距角一般为0.363。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2）永磁式步进电动机永磁式步进电动机永永磁磁式式步步进进电电动动机机的的定定子子由由软软磁磁材材料料制制成成，定定子子上上有有励励磁磁绕绕组组；转转子子由由永永久久磁磁铁铁制制成成，步步距角一般为距角一般为15、22.5、30、45等。等。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 3）混合式步进电动机混合式步进电动机混混合合式式步步进进电电动动机机又又叫叫永永磁磁反反应应式式步步进进电电动动机机，它它在在结结构构和和性性能能上上，兼兼有有反反应应式式步步进进电电动动机机和和永永磁磁式式步步进进电电动动机机两两者者的的特特点点，即即具具有有反反应应式式步步进进电电动动机机步步距距角角小小、工工作作频频率率高高的的特特点点，又又具具有有永永磁磁式式步步进进电电动动机机控控制制功功率率小小、运运行行稳稳定定、断断电电后后有有保保持持转转矩矩的的特特点点，更更适适合应用于数控系统中。合应用于数控系统中。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 3.步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理图图.2所所示示为为反反应应式式步步进进电电动动机机的的工工作作原原理理示示意意图图。其其定定子子、转转子子是是用用硅硅钢钢片片等等软软磁磁材材料料制制成成的的，定定子子上上有有A、B、C三三对对磁磁极极，分分别别绕绕有有A、B、C三三相相绕绕组组。三三对对磁磁极极在在空空间上相间上相互错开互错开120。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.2反应式步进电动机工作原理反应式步进电动机工作原理第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 步进电动机的通电方式有以下三种。步进电动机的通电方式有以下三种。（1）单拍单拍。在各相轮流通电的过程中，在各相轮流通电的过程中，每拍只每拍只有一相通电，有一相通电，称为称为单拍单拍。（2）双双拍拍。采采用用双双相相轮轮流流通通电电方方式式，即即每每拍拍都都有有两两相相通通电电，称称为为双双拍拍。如如三三相相步步进进电电动动机机的的通通电电顺顺序为序为ABBCCAAB，则构成则构成三相双三拍三相双三拍工作制。工作制。（3）单双拍单双拍，即单双相轮流通电。即单双相轮流通电。如对三相步如对三相步进电动机来说，进电动机来说，单双拍工作时的通电顺序为单双拍工作时的通电顺序为AABBBCCCAA，一个循环为一个循环为6拍，拍，称称为为三相六拍三相六拍工作制。工作制。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 步步进进电电动动机机的的步步距距角角越越小小，位位置置精精度度越越高高。对对于于定定子子相相数数为为m，转转子子齿齿数数为为Z的的步步进进电电动动机，机，其其步距角步距角为为第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 由由此此可可知知，定定子子磁磁极极对对数数和和转转子子齿齿数数越越多多，步步距距角角就就越越小小。如如图图9.3所所示示，定定子子为为三三相相，转子有转子有40个齿，个齿，则则三相三拍三相三拍工作时工作时三相六拍三相六拍工作时工作时第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.3三相反应式步进电动机三相反应式步进电动机第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 4.步进电动机的步进电动机的主要特性主要特性（1）步距角步距角。步进电动机每步转过的角步进电动机每步转过的角度称为度称为步距角步距角。（2）步距误差步距误差。（3）距角特性。距角特性。（4）矩频特性。矩频特性。（5）运行特性。运行特性。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.4步进电动机的矩角特性步进电动机的矩角特性第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.5步进电动机的矩频特性步进电动机的矩频特性第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 低低频频区区：步步进进电电动动机机的的运运行行为为连连续续的的单单步步运运动动，每每次次换换相相时时，转转子子都都要要来来回回振振荡荡若若干干次次，如如图图9.6(a)所示。所示。高高频频区区：这这时时脉脉冲冲间间隔隔短短，前前一一步步还还没没有有振振荡荡结结束束，后后一一个个脉脉冲冲就就已已经经到到来来，从从而而使使步步进进电电动动机机连连续平滑地转动，续平滑地转动，运转比较平稳，运转比较平稳，如图如图9.6(b)所示。所示。共共振振区区:当当脉脉冲冲频频率率介介于于低低频频和和高高频频之之间间且且接接近近电电动动机机本本身身固固有有的的振振荡荡频频率率时时，电电动动机机将将产产生生强强烈烈的的振振荡荡，甚甚至至“走走一一步步退退两两步步”，左左右右摇摇摆摆，无无法法正正常工作，常工作，这种情况应设法这种情况应设法避免避免。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图9.6 步进电动机的运行特性 (a)低频区；(b)高频区 第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.2.2步进电动机的驱动及控制步进电动机的驱动及控制步步进进电电动动机机的的运运行行性性能能不不仅仅与与步步进进电电动动机机本本身身和和负负载载有有关关，而而且且与与配配套套的的驱驱动动装装置置有有十十分分密密切切的的关关系系。步步进进电电动动机机驱驱动动装装置置由由环环形形脉脉冲冲分分配配器器、功功率率放放大大驱驱动动电电路路两两大大部部分分组组成成，如图如图9.7所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.7步进电动机控制电路步进电动机控制电路弱电弱电强电强电第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 1.步进电动机的步进电动机的驱动电路驱动电路一一般般要要求求步步进进电电动动机机的的驱驱动动电电路路应应能能够够提提供供足足够够幅幅值值、前前后后沿沿较较陡陡的的励励磁磁电电流流，而而且且功功耗耗小小，效效率率高高，运运行行稳稳定定、可可靠靠，易易于于维维护护。常常见见的的步步进进电电动动机机驱驱动动电电路路有有如如下下五五种种形形式。式。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.8单电源串电阻单电源串电阻驱动电路驱动电路第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2）高低电压高低电压切换型驱动电路切换型驱动电路高高低低电电压压切切换换型型驱驱动动电电路路如如图图9.9所所示示。这这种种电电路路的的特特点点是是高高压压充充电电，低低压压维维持持。步步进进电电动动机机的的绕绕组组每每次次通通电电时时，首首先先接接通通高高压压，以以保保证证电电流流以以较较快快的的速速度度上上升升；然然后后改改由由低低压压供供电电，维持绕组中的电流为额定值。维持绕组中的电流为额定值。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.9高低电压高低电压切换型驱动电路切换型驱动电路(a)电路；电路；(b)波形波形第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 3)恒流斩波型恒流斩波型驱动电路驱动电路单单电电源源斩斩波波型型驱驱动动电电路路如如图图9.10所所示示。当当输输入入信信号号为为低低电电平平时时，V截截止止，电电动动机机绕绕组组中中无电流通过。无电流通过。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.10单电源斩波型单电源斩波型驱动电路驱动电路(a)电路；电路；(b)电流波形电流波形第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 4)分频段调压分频段调压驱动电路驱动电路由于在由于在低频时低频时节拍脉冲比较宽，节拍脉冲比较宽，有足够的有足够的绕组电流上升时间，绕组电流上升时间，因而只需较小的限流电阻因而只需较小的限流电阻和较低的电源电压即可达到额定电流。和较低的电源电压即可达到额定电流。高频时，则相反。高频时，则相反。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.11细分控制驱动电路绕组电流波形细分控制驱动电路绕组电流波形第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 5)细分控制驱动电路细分控制驱动电路在在实实际际应应用用中中，为为了了进进一一步步提提高高进进给给运运动动的的分分辨辨率率，在在不不改改变变步步进进电电动动机机结结构构的的前前提提下下，要要求求对对步步距距角角进进一一步步细细分分。为为了了达达到到这这一一目目的的，可可将将绕绕组组电电流流以以阶阶梯梯波波的的方方式式输输入入，如如图图9.11所示。所示。这这种种将将一一个个步步距距角角分分成成若若干干步步的的驱驱动动方方法法，叫细分驱动电路叫细分驱动电路第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2.脉冲分配器脉冲分配器脉脉冲冲分分配配器器用用来来控控制制步步进进电电动动机机的的运运行行通通电电方方式式。在在数数控控系系统统中中，脉脉冲冲分分配配器器的的作作用用是是将将数数控控装装置置送送来来的的一一串串指指令令脉脉冲冲，按按照照运运行行通通电电方方式式所所要要求求的的顺顺序序和和分分配配规规律律，分分配配到到各各相相驱驱动动电电路路输输入入端端，用用以以控控制制各各相相绕绕组组中中电电流流的的开开通通和和关关断断。由由于于步步进进电电动动机机有有正正反反转转要要求求，因因而而脉脉冲冲分分配配器器的的输输出出既既是是周周期期性性的的，又又是是可可逆逆的的，因因此此又又叫叫环环形形脉脉冲冲分分配配器器。图图9.12所所示示为为三三相三拍制步进相三拍制步进电动机环形脉冲分配器的输入输出关系。电动机环形脉冲分配器的输入输出关系。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.12三相三拍环形脉冲分配三相三拍环形脉冲分配第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 1）硬件脉冲分配器硬件脉冲分配器硬件脉冲分配器由逻辑门电路和触发器构硬件脉冲分配器由逻辑门电路和触发器构成。成。图图9.13所示为三相六拍环形脉冲分配器原理所示为三相六拍环形脉冲分配器原理图，图，当当X“1”时，时，每来一个脉冲每来一个脉冲(CP)则电动则电动机正转一步，机正转一步，分配顺序为分配顺序为AABBBCCCAA；当当X=“0”时，时，每来一个脉冲（每来一个脉冲（CP）则电动机反转一步，则电动机反转一步，分配分配顺序为顺序为AACCCBBBAA。输出状输出状态真值表如表态真值表如表9.1所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.13三相六拍脉冲分配器三相六拍脉冲分配器第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 表表9.1三相六拍脉冲分配器输出真值表三相六拍脉冲分配器输出真值表第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.14CH250实现的三相六拍脉冲分配电路实现的三相六拍脉冲分配电路第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2）软件脉冲分配软件脉冲分配为为了了提提高高脉脉冲冲分分配配器器的的灵灵活活性性，也也可可用用软软件件来来实实现现环环形形脉脉冲冲分分配配。图图9.15所所示示为为89C51单片机与步进电动机驱动电路的接口框图。单片机与步进电动机驱动电路的接口框图。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.15单片机控制的三相步进电动机驱动电路框图单片机控制的三相步进电动机驱动电路框图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.3直流伺服系统直流伺服系统9.3.1直流伺服电动机直流伺服电动机1.结构特点结构特点1）小惯量直流伺服电动机小惯量直流伺服电动机小小惯惯量量直直流流伺伺服服电电动动机机是是通通过过减减小小电电枢枢的的转动惯量来提高力转动惯量来提高力矩惯量比的。矩惯量比的。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2）宽调速直流伺服电动机宽调速直流伺服电动机宽宽调调速速直直流流伺伺服服电电动动机机又又称称大大惯惯量量直直流流伺伺服服电电动动机机，它它通通过过提提高高输输出出力力矩矩来来提提高高力力矩矩惯惯量量比比，具具体体措措施施是是：增增加加定定子子磁磁极极对对数数并并采采用用高高性性能能的的磁磁性性材材料料（如如稀稀土土钴钴等等）以以产产生生强强磁磁场场，该该磁磁性性材材料料性性能能稳稳定定且且不不易易退退磁磁；在在同同样样的的转转子子外外径径和和电电枢枢电电流流的的情情况况下下，增增加加转子上的槽数和槽的截面积。转子上的槽数和槽的截面积。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 宽调速宽调速直流伺服电动机具有如下特点：直流伺服电动机具有如下特点：（1）过载能力过载能力强强，能承受能承受10倍于额定电流的峰值倍于额定电流的峰值冲击，冲击，能产生额定力矩能产生额定力矩10倍的瞬时转矩。倍的瞬时转矩。（2）力矩惯量比力矩惯量比大大，快速性好。快速性好。（3）低速时输出力矩低速时输出力矩大大。（4）调速范围调速范围宽宽，与高性能伺服驱动单元组成速与高性能伺服驱动单元组成速度控制系统时，度控制系统时，调速比超过调速比超过1 10000。(5)转子热容量转子热容量大大，电动机的过载性能好，电动机的过载性能好，一般能一般能过载运行几十分钟。过载运行几十分钟。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2.主要特性主要特性大大惯惯量量直直流流伺伺服服电电动动机机的的机机械械特特性性硬硬，其其机机械械特特性性曲曲线线和和调调压压调调速速特特性性曲曲线线与与永永磁磁式式直直流电动机相同，流电动机相同，工作特性曲线如图工作特性曲线如图9.16所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图9.16 FB15型直流伺服电动机的工作曲线 第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.3.2直流伺服直流伺服驱动驱动系统系统伺伺服服驱驱动动系系统统的的主主要要作作用用是是把把来来自自CNC装装置置的的信信号号进进行行功功率率放放大大，以以驱驱动动伺伺服服电电动动机机转转动动，并并根根据据来来自自CNC装装置置的的信信号号指指令令调调节节伺伺服服电电动动机机的的速速度度。直直流流伺服驱动系统的一般结构框图如图伺服驱动系统的一般结构框图如图9.17所所示。示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.17伺服驱动系统结构框图伺服驱动系统结构框图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 1.晶闸管（晶闸管（SCR）直流伺服驱动系统直流伺服驱动系统1）环流环流可控可逆直流伺服系统可控可逆直流伺服系统这这种种电电路路的的结结构构框框图图如如图图9.18所所示示。在在两两组组反反并并联联的的整整流流桥桥之之间间加加限限流流电电抗抗器器L1、L2（平平波波电电抗抗器器），并并通通过过两两路路电电流流反反馈馈把把环环流流控制在一定范围之内。控制在一定范围之内。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.18环流可控可逆直流伺服系统结构框图环流可控可逆直流伺服系统结构框图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2）逻辑逻辑无环流无环流可逆直流伺服系统可逆直流伺服系统这这种种电电路路的的结结构构框框图图如如图图9.19所所示示。该该电电路路通通过过无无环环流流逻逻辑辑控控制制器器DLC控控制制两两组组整整流流桥桥的的开开通通与与封封锁锁，在在一一组组整整流流器器工工作作时时把把另另一一组组整整流流器器的的触触发发脉脉冲冲封封锁锁，使使它它不不通通电电，这这样样也就不会出现环流了。也就不会出现环流了。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.19逻辑无环直流伺服驱动系统结构框图逻辑无环直流伺服驱动系统结构框图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2.晶体管晶体管脉宽调制脉宽调制（PWM）直流伺服驱动系统直流伺服驱动系统晶晶体体管管直直流流伺伺服服驱驱动动系系统统的的主主电电路路由由H型型桥桥式式大大功功率率晶晶体体管管（GTR、IGBT等等）驱驱动动模模块块构构成成。它它利利用用大大功功率率晶晶体体管管器器件件的的开开关关作作用用，将将直直流流电电源源电电压压转转换换成成较较高高频频率率(一一般般为为数数千千Hz以以上上)的的方方波波电电压压加加在在直直流流电电动动机机的的电电枢枢上上，通通过过对对方方波波脉脉冲冲宽宽度度的的控控制制来来改改变变加加在在电电枢枢上上的的平平均均电电压压Ua，从从而而调调节节电电动动机机的的转转速速。晶晶体体管管PWM直流伺服驱动系统的电路结构如图直流伺服驱动系统的电路结构如图9.20所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.20晶体管晶体管PWM直流伺服驱动系统的电路结构直流伺服驱动系统的电路结构第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 与与晶晶闸闸管管直直流流伺伺服服系系统统相相比比，晶晶体体管管PWM直直流流伺伺服系统有以下优点：服系统有以下优点：（1）主电路功率器件少，主电路功率器件少，线路简单。线路简单。（2）开开关关频频率率高高，电电流流容容易易连连续续，低低速速性性能能好好，稳速精度高，稳速精度高，调速范围宽。调速范围宽。（3）系系统统频频带带宽宽，快快速速响响应应性性能能好好，动动态态抗抗扰扰能能力强。力强。（4）直直流流电电源源采采用用三三相相不不可可控控整整流流电电路路时时，电电网网功率因数高，功率因数高，对电网冲击小。对电网冲击小。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.3.3直流伺服驱动装置的信号连接直流伺服驱动装置的信号连接图图9.21所示为所示为FANUCSCR-D型晶闸管直流型晶闸管直流伺服驱动装置的外部连接图。伺服驱动装置的外部连接图。CNC装置与伺服单元的连接信号有五组：装置与伺服单元的连接信号有五组：（1）VCMD、GND为为CNC装装置置输输出出控控制制伺伺服服单单元元转转速速的的010V电电压压控控制制信信号号，电电压压的的大大小小与与转转速速成成约约1000rmin每每6V的的正正比比关关系。系。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.21FANUCSCR-D型晶闸管直流伺服驱动装置外部连接图型晶闸管直流伺服驱动装置外部连接图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 CNC装置与伺服单元的连接信号有五组：装置与伺服单元的连接信号有五组：（1）VCMD、GND为为CNC装装置置输输出出控控制制伺伺服服单单元元转转速速的的010V电电压压控控制制信信号号，电电压压的的大大小小与与转转速速成成约约1000rmin每每6V的正比关系。的正比关系。（2）PRDY1、PRDY2为准备好控制信号，为准备好控制信号，PRDY1与与PRDY2短接时，短接时，伺服单元主回路通电。伺服单元主回路通电。（3）ENBL1、ENBL2为为使使能能控控制制信信号号，当当ENBL1与与ENBL2短短接接时时，伺伺服服单单元元开开始始正正常常工工作作，并接收模拟电压的控制。并接收模拟电压的控制。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 （4)VRDY1、VRDY2为伺服单元通知为伺服单元通知CNC装置其装置其正常工作的触点信号，正常工作的触点信号，当伺服单元出现报警时，当伺服单元出现报警时，VRDY1与与VRDY2立即断开。立即断开。（5）OVL1与与OVL2为常闭触点信号，为常闭触点信号，当伺服单元当伺服单元中热继电器动作或变压器内热控开关中热继电器动作或变压器内热控开关动作时，动作时，该触点该触点立即断开，立即断开，通知通知CNC装置产生过热报警。装置产生过热报警。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.4交流伺服系统交流伺服系统9.4.1交流伺服电动机交流伺服电动机交交流流伺伺服服电电动动机机分分为为异异步步型型交交流流伺伺服服电电动动机机和和同同步步型型交交流流伺伺服服电电动动机机两两大大类类。绝绝大大多多数数用用于于数数控控机机床床进给控制驱动的是进给控制驱动的是永磁同步永磁同步交流伺服电动机。交流伺服电动机。永永磁磁同同步步交交流流伺伺服服电电动动机机的的实实质质是是直直流流伺伺服服电电动动机定子、机定子、转子的倒置应用，转子的倒置应用，其结构如其结构如图图9.22所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.22三相三相永磁同步永磁同步交流伺服电动机结构图交流伺服电动机结构图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.23永磁同步永磁同步交流伺服电动机的机械特性交流伺服电动机的机械特性第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.4.2交流伺服驱动系统交流伺服驱动系统数数控控系系统统的的交交流流伺伺服服驱驱动动系系统统以以三三相相永永磁磁同同步步交交流流伺伺服服电电动动机机为为执执行行元元件件，根根据据换换向向电电路路控控制制方方法法的的不不同同，同同步步电电动动机机的的驱驱动动电电路路可可以分为以分为他控他控换向和换向和自控自控换向两大类。换向两大类。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 自自控控换换向向交交流流伺伺服服驱驱动动系系统统的的主主要要组组成成结结构构如如图图9.24所所示示，它它通通过过电电动动机机轴轴端端上上的的转转子子位位置置检检测测器器BQ(如如霍霍尔尔开开关关)发发出出的的信信号号来来控控制制逆逆变变器器的的换换流流，从从而而被被动动地地改改变变同同步步电电动动机机的的供供电电频频率率；并并根根据据外外部部速速度度给给定定信信号号，以以PWM方方式式控控制制逆逆变变脉脉冲冲宽宽度度，改改变变输输出出到到电电动动机机定定子子绕绕组组上上的的电电压压，从从而而调调节节同同步步电电动动机的转速。机的转速。图图9.25所所示示为为西西门门子子SIMODRIVE611A交交流流进进给给驱动装置原理图。驱动装置原理图。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.24自控换向交流伺服驱动组成结构自控换向交流伺服驱动组成结构第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.25SIMODRIVE611A交流进给伺服驱动装置原理图交流进给伺服驱动装置原理图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.5位置检测装置位置检测装置9.5.1概述概述位位置置检检测测装装置置是是数数控控系系统统的的重重要要组组成成部部分分。在在闭闭环环、半半闭闭环环系系统统中中，它它的的主主要要作作用用是是检检测测位位移移量量，输输出出位位置置测测量量反反馈馈信信号号并并与与CNC装装置置发发出出的的指指令令信信号号相相比比较较，根根据据差差值值控控制制伺伺服服驱驱动动装装置置运运转转，使使工工作作台台按按规定的轨迹和坐标移动。规定的轨迹和坐标移动。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 表表9.2位置检测元件位置检测元件分类分类信号基结构准第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.5.2旋转编码器旋转编码器旋旋转转编编码码器器是是一一种种旋旋转转式式位位置置测测量量装装置置，通通常常安安装装在在被被测测轴轴上上，随随被被测测轴轴一一起起转转动动，可可将将被被测测轴轴的的角角位位移转换成数字脉冲，移转换成数字脉冲，是数控机床常用的位置检测元件。是数控机床常用的位置检测元件。1.增量式旋转编码器增量式旋转编码器1)结构结构增增量量式式旋旋转转编编码码器器的的外外形形结结构构如如图图9.26所所示示，它它主主要要由由发发光光管管(带带聚聚光光镜镜)、光光栅栅板板、光光栅栅盘盘、光光敏敏元元件件及及信号处理电路板信号处理电路板组成。组成。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.26增量式旋转编码器外形结构图增量式旋转编码器外形结构图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2)工作原理工作原理图图9.27所所示示为为增增量量式式旋旋转转编编码码器器测测量量系系统统的的工工作作原原理理示示意意图图。当当光光栅栅盘盘随随工工作作轴轴一一起起转转动动时时，每每转转过过一一个个刻刻线线（狭狭缝缝）就就发发生生一一次次光光线线的的明明暗暗变变化化，经经过过光光敏敏元元件件变变成成一一次次电电信信号号的的强强弱弱变变化化，对对它它进进行行放放大大、整整形形处处理理后后得得到到脉脉冲冲信信号号输输出出，脉脉冲冲数数就就等等于于转转过过的的刻刻线线数数。将将该该脉脉冲冲信信号号送送到到计计数数器器中中计计数数，则则计计数数值值就就反映了圆盘转过的角度。反映了圆盘转过的角度。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.27增量式旋转编码器光学原理增量式旋转编码器光学原理第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.28两相增量式旋转编码器输出脉冲波形图两相增量式旋转编码器输出脉冲波形图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.29正交脉冲可逆计数器原理图正交脉冲可逆计数器原理图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 增量式旋转编码器的主要技术参数包括每增量式旋转编码器的主要技术参数包括每转脉冲数（转脉冲数（P/r）、）、电源电压、电源电压、输出信号相数输出信号相数和输出形式等，和输出形式等，各参数范围如表各参数范围如表9.3所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 表表9.3旋转编码器技术参数范围旋转编码器技术参数范围第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2.绝对值式绝对值式旋转编码器旋转编码器绝绝对对值值式式旋旋转转编编码码器器是是一一种种可可直直接接编编码码的的测测量量元元件件，它它把把被被测测转转角角转转换换成成相相应应的的代代码码指指示示绝绝对对位位置置，没没有有积积累累误误差差。编编码码盘盘有有光光电电式式、接接触触式式和和电电磁磁式式三三种种，为为叙叙述述简简单单起起见见，以以接接触触式式四四位位绝绝对对编编码码器器为为例例来来说说明明其其工工作作原原理。理。图图9.30所示是一个四位二进制编码盘，所示是一个四位二进制编码盘，涂涂黑部分是导电区，黑部分是导电区，空白部分是绝缘区。空白部分是绝缘区。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.30接触式编码盘接触式编码盘(a)结构简图；结构简图；(b)二进制编码盘；二进制编码盘；(c)格雷编码盘格雷编码盘第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 表表9.4绝对值式绝对值式旋转编码器输出真值表旋转编码器输出真值表第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.5.3光栅尺光栅尺光光栅栅是是一一种种通通过过在在透透明明玻玻璃璃或或金金属属的的反反光光平平面面上上刻刻平平行行、等等距距的的密密集集刻刻线线而而制制成成的的光光学学元元件件。数数控控机机床床上上用用的的光光栅栅尺尺是是利利用用两两个个光光栅栅相相互互重重叠叠时时形形成成的的莫莫尔尔条条纹纹现现象象制制成成的的光光电电式式位移位移测量装置。测量装置。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 按按制制造造工工艺艺不不同同，光光栅栅尺尺可可分分为为透透射射光光栅栅尺尺和和反反射光栅射光栅尺。尺。透透射射光光栅栅尺尺是是在在透透明明的的玻玻璃璃表表面面上上刻刻上上间间隔隔相相等等的的不不透透明明线线纹纹制制成成的的，线线纹纹密密度度可可达达到到100条条每每毫毫米米以以上上；反反射射光光栅栅尺尺一一般般在在金金属属的的反反光光平平面面上上刻刻上上平平行行、等等距距的的密密集集刻刻线线，利利用用反反射射光光进进行行测测量量，其其刻刻线线密密度度一般在一般在450条每毫米范围内。条每毫米范围内。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 1.直线透射光栅尺工作原理直线透射光栅尺工作原理1)组成结构组成结构直直线线透透射射光光栅栅尺尺的的结结构构如如图图9.31所所示示，由由光光源源、长长光光栅栅（标标尺尺光光栅栅）、短短光光栅栅（指指示示光光栅栅）、光光敏敏元元件件等等组组成成。一一般般来来说说，移移动动的的光光栅栅为为长长光光栅栅，短短光光栅栅装装在在机机床床的的固固定定部部件件上上。长长光光栅栅随随工工作作台台一一起起移移动动，其其有有效效长长度度即为测量范围。即为测量范围。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.31直线透射光栅尺结构原理直线透射光栅尺结构原理第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2)莫尔条纹的形成原理莫尔条纹的形成原理当当用用光光源源的的平平行行光光照照射射光光栅栅时时，由由于于刻刻线线的的挡挡光光作作用用和和光光的的衍衍射射作作用用，在在与与刻刻线线垂垂直直的的方方向向上上就就会会产产生生明明暗暗交交替替、间间隔隔相相等等的的干干涉涉条条纹，纹，称为称为莫尔条纹莫尔条纹，如图如图9.32所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.32莫尔条纹形成原理莫尔条纹形成原理第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 3）莫尔条纹的特点莫尔条纹的特点（1）放放大大作作用用。莫莫尔尔条条纹纹的的宽宽度度B将将随随条条纹纹的的夹夹角角的变化而变化，的变化而变化，其关系为其关系为式中：式中：为光栅栅距；为光栅栅距；为两光栅的刻线夹角。为两光栅的刻线夹角。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 （2）平平均均效效应应。莫莫尔尔条条纹纹是是在在指指示示光光栅栅覆覆盖盖了了许许多多条条纹纹后后形形成成的的，例例如如，对对于于250线线mm的的光光栅栅，10mm长长的的一一条条莫莫尔尔条条纹纹是是由由2500条条刻刻线线组组成的。成的。（3）信信号号变变换换（放放大大）。标标尺尺光光栅栅每每移移动动一一个个栅栅距距，莫莫尔尔条条纹纹相相应应移移动动一一个个宽宽度度，同同时时光光线线强强度度按按近近似似正正弦弦规规律律变变化化一一个个周周期期，从从而而把把机机械械位位移信号变换成了光学信号。移信号变换成了光学信号。（4）莫尔条纹的移动与刻线的移动莫尔条纹的移动与刻线的移动成正比成正比。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2.光栅尺的测量原理光栅尺的测量原理在在光光栅栅尺尺的的一一侧侧安安装装上上光光源源，另另一一侧侧安安装装上上光光敏敏元元件件。当当标标尺尺光光栅栅随随运运动动部部件件移移动动时时，照照射射到到光光敏敏元元件件上上的的光光线线也也随随着着莫莫尔尔条条纹纹移移动动而而产产生生明明暗暗相相间间的的变变化化，经经过过光光敏敏元元件件的的光光电电变变换换，得得到到与与刻刻线线移移动动相相对对应应的的正正弦弦波波信信号号，此此信信号号经经过过放放大大、整整形形等等处处理理后后变变成成测测量量脉脉冲冲输出，输出，波形如图波形如图9.33所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.33输出信号波形图输出信号波形图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.34四倍频辨向计数电路四倍频辨向计数电路第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.35四倍频波形图四倍频波形图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 为了辨别方向，为了辨别方向，正向运动时，正向运动时，用与或门用与或门YH1得到得到AB+AD+CD+BC的的4个输出脉冲；个输出脉冲；反向运动时，反向运动时，用与或门用与或门YH2得到得到BC+AB+AD+CD的的4个输出脉冲；个输出脉冲；其波形如其波形如图图9.35所示。所示。在机床光栅位移测量系统中，在机床光栅位移测量系统中，除上述除上述四倍四倍频频外，外，还有还有八倍频八倍频、十倍频十倍频、二十倍频二十倍频等。等。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.5.4感应同步器感应同步器1.感应同步器的结构感应同步器的结构直直线线感感应应同同步步器器由由定定尺尺和和滑滑尺尺两两部部分分组组成成，图图9.36是是定定尺尺和和滑滑尺尺的的截截面面结结构构图图。定定尺尺和和滑滑尺尺均均用用绝绝缘缘粘粘合合剂剂将将铜铜箔箔贴贴在在钢钢基基板板上上，用用光光化化学学腐腐蚀蚀或或其其他他方方法法将将铜铜箔箔刻刻制制成成曲曲折折的的印印刷刷电路绕组电路绕组(如图如图9.37所示所示)。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.36定尺和滑尺的截面结构定尺和滑尺的截面结构第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.37直线感应同步器定尺和滑尺的绕组示意图直线感应同步器定尺和滑尺的绕组示意图第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 表表9.5各类型感应同步器的精度和电参数的参考数据各类型感应同步器的精度和电参数的参考数据第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2.感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理在在感感应应同同步步器器工工作作时时，定定尺尺和和滑滑尺尺相相互互平平行行安安装装，其其间间有有大大约约0.250.05mm的的间间隙隙，间间隙隙的的大大小小会会影影响响电电磁磁耦耦合合度度。定定尺尺是是固固定定的的，滑滑尺尺是是可可动动的的，它它们们之之间间可可以以做做相相对对移移动动。图图9.38说说明明了了定定尺尺感感应应电电压压与与定定、滑滑尺尺绕绕组组的的相对位置的关系。相对位置的关系。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.38感应同步器工作原理感应同步器工作原理第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 1)鉴相工作方式鉴相工作方式当当在在滑滑尺尺的的正正弦弦绕绕组组和和余余弦弦绕绕组组中中分分别别加加同同频频率率、同同幅幅值值、相相位位相相差差2的的励励磁磁电电压压us=Umsint和和uc=Umcost时时，将将在在定定尺尺绕组上分别感应出同频率的电压绕组上分别感应出同频率的电压ud1=kUmcossint ud2=-kUmsincost第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 式式中中，k为为电电磁磁耦耦合合系系数数，为为滑滑尺尺励励磁磁绕绕组组相相对对于于定定尺尺绕绕组组的的空空间间相相位位角角。实实际际上上，正正弦弦、余余弦弦绕绕组组同同时时供供电电，这这时时定定尺尺绕绕组组上上总的感应电压为总的感应电压为ud=ud1+ud2=kUmcossint-kUmsincost=kUmsin(t-)第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2）鉴幅工作方式鉴幅工作方式给给滑滑尺尺的的正正弦弦绕绕组组和和余余弦弦绕绕组组分分别别加加相相位位相相同同、频率相同但幅值不等的交流励磁电压频率相同但幅值不等的交流励磁电压us=Ussint=(Umsin)sint和和 uc=Ucsint=(Umcos)sint，则定尺绕组中的感应电压为则定尺绕组中的感应电压为 ud=k(Umsin)sintcos-k(Umcos)sintsin =kUmsint(sincos-cossin)=kUmsintsin(-)第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.5.5磁栅磁栅磁磁栅栅是是一一种种录录有有等等节节距距磁磁化化信信号号的的磁磁性性标标尺尺或或磁磁盘盘，可可用用于于数数控控系系统统的的位位置置测测量量，其其录录磁磁和和拾拾磁磁原原理理与与普普通通磁磁带带相相似似。磁磁栅栅与与光光栅栅、感感应应同同步步器器相相比比，测测量量精精度度略略低低一一些些，但但它它有其独特的有其独特的优点优点：第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 （1）制制作作简简单单，安安装装、调调整整方方便便，成成本本低低。磁磁栅栅上上的的磁磁化化信信号号录录制制完完成成后后，若若发发现现不不符符合合要要求求可可抹抹去去重重录录，亦亦可可安安装装在在机机床床上上再再录磁，录磁，避免安装误差。避免安装误差。（2）磁磁尺尺的的长长度度可可任任意意选选择择，亦亦可可录录制制任任意节距的磁信号。意节距的磁信号。（3）耐耐油油污污、灰灰尘尘等等，对对使使用用环环境境要要求求低。低。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 1.磁栅测量装置的组成结构磁栅测量装置的组成结构磁磁栅栅测测量量装装置置由由磁磁性性标标尺尺、拾拾磁磁磁磁头头和和测测量量电电路路组组成成，按按其其结结构构可可分分为为直直线线磁磁栅栅和和圆圆磁磁栅栅，分分别别用用于于直直线线位位移移和和角角位位移移的的测测量量。其其中中，直直线线磁磁栅栅又又分分为为带带状状磁磁栅栅、杆杆状状磁磁栅栅。常常用用磁磁栅的外形结构如图栅的外形结构如图9.39所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.39常用磁栅常用磁栅（a）带状磁栅；带状磁栅；（b）杆状磁栅；杆状磁栅；（c）圆磁栅圆磁栅第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 1）磁性标尺磁性标尺磁磁性性标标尺尺（即即磁磁尺尺）常常采采用用不不导导磁磁材材料料做做基基体体，在在上上面面镀镀上上一一层层1030m厚厚的的高高导导磁磁性性材材料料，形形成成均匀磁膜。均匀磁膜。2）拾磁磁头拾磁磁头拾拾磁磁磁磁头头是是一一种种磁磁电电转转换换器器，用用来来把把磁磁尺尺上上的的磁磁化化信信号号检检测测出出来来并并转转换换成成电电信信号号送送给给测测量量电电路路。拾拾磁磁磁头可分为磁头可分为动态磁头动态磁头和和静态磁头静态磁头。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 动动态态磁磁头头又又称称速速度度响响应应型型磁磁头头，它它只只有有一一组组输输出出绕绕组组，因因此此只只有有当当磁磁头头和和磁磁尺尺有有一一定定相相对速度时才能读取磁化信号并有电压信号输出。对速度时才能读取磁化信号并有电压信号输出。由由于于用用于于位位置置检检测测的的磁磁栅栅要要求求在在磁磁尺尺与与磁磁头头相相对对运运动动速速度度很很低低或或处处于于静静止止时时也也能能测测量量位位移移或或位位置置，因因而而应应采采用用静静态态磁磁头头。静静态态磁磁头头又称又称磁通响应型磁通响应型磁头，磁头，如图如图9.40所示。所示。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.40磁通响应型单磁头磁通响应型单磁头第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 2.磁栅工作原理磁栅工作原理单单磁磁头头结结构构如如图图9.40所所示示，磁磁头头有有两两组组绕绕组组，一一组为组为拾磁绕组拾磁绕组，一组为励磁绕组。一组为励磁绕组。在在励励磁磁绕绕组组中中加加一一高高频频交交变变励励磁磁信信号号，则则在在铁铁心心上上产产生生周周期期性性正正、反反向向饱饱和和磁磁化化现现象象，使使磁磁心心的的可可饱饱和和部部分分在在每每周周期期内内两两次次被被电电流流产产生生的的磁磁场场饱饱和和。当当磁磁头头靠靠近近磁磁尺尺时时，磁磁尺尺上上的的磁磁通通在在磁磁头头气气隙隙处处进进入入铁铁心心，并流过拾磁绕组的碰心，并流过拾磁绕组的碰心，产生感应电压产生感应电压第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.41双磁头的配置双磁头的配置第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.42多间隙磁头多间隙磁头第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 3.磁栅检测电路磁栅检测电路磁磁栅栅检检测测可可分分为为鉴鉴相相测测量量及及鉴鉴幅幅测测量量两两种种，以以鉴鉴相测量应用较多。相测量应用较多。下下面面以以双双磁磁头头为为例例来来说说明明鉴鉴相相测测量量中中的的相相位位检检测测。给给两两磁磁头头通通以以频频率率相相同同、相相位位相相差差/2的的励励磁磁电电压压，在在两两个个磁磁头头的的拾拾磁磁绕绕组组中中分分别别输输出出感感应应电电压压u1和和u2，将两输出信号求和后可得将两输出信号求和后可得第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 鉴相式鉴相式磁栅测量系统如图磁栅测量系统如图9.43所示，所示，由振由振荡器发出的荡器发出的400kHz脉冲信号，脉冲信号，经经1/80分频器分频器分频后分频后得到得到5kHz的励磁信号，的励磁信号，再经滤波器变再经滤波器变为正弦信号。为正弦信号。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 图图9.43鉴相式磁栅测量系统鉴相式磁栅测量系统第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 习习题题9.1什么叫伺服系统？电气伺服系统由哪几部分组成？什么叫伺服系统？电气伺服系统由哪几部分组成？9.2数控机床对进给伺服系统的要求是什么？数控机床对进给伺服系统的要求是什么？9.3数控进给伺服系统分哪几类？数控进给伺服系统分哪几类？9.4简述步进电动机的主要特点。简述步进电动机的主要特点。9.5步进电动机有哪几类？步进电动机有哪几类？9.6什么叫步距角？步距角与哪些因素有关？什么叫步距角？步距角与哪些因素有关？9.7步进电动机有哪几种通电方式？步进电动机有哪几种通电方式？9.8简述步进电动机的运行特性。简述步进电动机的运行特性。第第9 9章章 伺服系统与位置检测装置伺服系统与位置检测装置 9.9什什么么情情况况下下会会引引起起步步进进电电动动机机“失失步步”和和振振荡荡？9.10常见的步进电动机驱动电路形式有哪几种？常见的步进电动机驱动电路形式有哪几种？9.11试试以以89C51单单片片机机为为核核心心，设设计计三三相相步步进进电电动动机机脉脉冲冲分分配配器器与与驱驱动动电电路路，并并编编写写汇汇编编语语言言程程序序使使步进电动机按步进电动机按100Hz的频率运转。的频率运转。9.12简简述述直直流流伺伺服服系系统统的的特特点点。有有哪哪几几种种直直流流伺伺服驱动