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技術(shù)文章
德國EMG技術(shù)概念和組成結(jié)構(gòu)伺服控制技術(shù)
點(diǎn)擊次數(shù)：2230 發(fā)布時(shí)間：2011-6-21
1．EMG技術(shù)概念和組成結(jié)構(gòu)伺服控制技術(shù)
技術(shù)概念和組成結(jié)構(gòu)伺服控制技術(shù)是以運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)——進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由以下幾個(gè)部分組成：位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動(dòng)元件（電機(jī)）、檢測與反饋單元和機(jī)械執(zhí)行部件。
進(jìn)給伺服系統(tǒng)各模塊（單元）之間的。從調(diào)節(jié)原理的角度，進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一種精密的位置跟蹤與定位系統(tǒng)，按其位置環(huán)路的開放與否，可以分為開環(huán)與閉環(huán)兩種，其中閉環(huán)系統(tǒng)按其位置檢測元件的安裝部位又可分為：全閉環(huán)與半閉環(huán)兩種。全閉環(huán)的位置檢測元件安裝在進(jìn)給傳動(dòng)鏈的末端，半閉環(huán)的位置檢測元件安裝在進(jìn)給傳動(dòng)鏈中的某個(gè)傳動(dòng)元件上。
如果說CNC裝置是數(shù)控裝備的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控裝置的“四肢”，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。進(jìn)給伺服系統(tǒng)忠實(shí)地執(zhí)行由CNC 裝置發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令，控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向、進(jìn)給速度與位移量。
通常在數(shù)控機(jī)裝備往往需要對多個(gè)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行控制，如：數(shù)控車床一般有兩個(gè)進(jìn)給軸，數(shù)控銑床一般有3個(gè)進(jìn)給軸，加工中心則有更多的進(jìn)給軸（包括直線軸或回轉(zhuǎn)軸）。這些進(jìn)給軸有的帶動(dòng)裝有工件的工作臺運(yùn)動(dòng)，有的則帶動(dòng)裝有刀具的刀架（如車床）或主軸箱（如銑床等）。每個(gè)進(jìn)給軸均是一個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。多個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)問的配合和協(xié)調(diào)，是通過CNC 裝置（以指令的方式）實(shí)現(xiàn)的。通過多個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，可使刀具相對于加工工件產(chǎn)生復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，加工出復(fù)雜形狀的工件。
2.工作原理
1）開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)
開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的原理與圖1相似，只是沒有檢測與反饋單元（包括相應(yīng)的位置和速度檢測元件），驅(qū)動(dòng)電機(jī)只能用步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)橥ㄟ^脈沖既可以控制其速度（脈沖的頻率），又可以控制其位置（脈沖的個(gè)數(shù)）。
技術(shù)概念和組成結(jié)構(gòu)伺服控制技術(shù)是以運(yùn)動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)——進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由以下幾個(gè)部分組成：位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動(dòng)元件（電機(jī)）、檢測與反饋單元和機(jī)械執(zhí)行部件。
進(jìn)給伺服系統(tǒng)各模塊（單元）之間的。從調(diào)節(jié)原理的角度，進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一種精密的位置跟蹤與定位系統(tǒng)，按其位置環(huán)路的開放與否，可以分為開環(huán)與閉環(huán)兩種，其中閉環(huán)系統(tǒng)按其位置檢測元件的安裝部位又可分為：全閉環(huán)與半閉環(huán)兩種。全閉環(huán)的位置檢測元件安裝在進(jìn)給傳動(dòng)鏈的末端，半閉環(huán)的位置檢測元件安裝在進(jìn)給傳動(dòng)鏈中的某個(gè)傳動(dòng)元件上。
如果說CNC裝置是數(shù)控裝備的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控裝置的“四肢”，是一種“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。進(jìn)給伺服系統(tǒng)忠實(shí)地執(zhí)行由CNC 裝置發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令，控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向、進(jìn)給速度與位移量。
通常在數(shù)控機(jī)裝備往往需要對多個(gè)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行控制，如：數(shù)控車床一般有兩個(gè)進(jìn)給軸，數(shù)控銑床一般有3個(gè)進(jìn)給軸，加工中心則有更多的進(jìn)給軸（包括直線軸或回轉(zhuǎn)軸）。這些進(jìn)給軸有的帶動(dòng)裝有工件的工作臺運(yùn)動(dòng)，有的則帶動(dòng)裝有刀具的刀架（如車床）或主軸箱（如銑床等）。每個(gè)進(jìn)給軸均是一個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。多個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)問的配合和協(xié)調(diào)，是通過CNC 裝置（以指令的方式）實(shí)現(xiàn)的。通過多個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，可使刀具相對于加工工件產(chǎn)生復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，加工出復(fù)雜形狀的工件。
2.工作原理
1）開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)
開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的原理與圖1相似，只是沒有檢測與反饋單元（包括相應(yīng)的位置和速度檢測元件），驅(qū)動(dòng)電機(jī)只能用步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)橥ㄟ^脈沖既可以控制其速度（脈沖的頻率），又可以控制其位置（脈沖的個(gè)數(shù)）。
圖1 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的原理圖
開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。
圖2 開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)工作原理圖
系統(tǒng)接受來自CNC插補(bǔ)指令，即該軸在插補(bǔ)周期內(nèi)的位移量，按該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量，將位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)n 和脈沖頻率，輸出給脈沖環(huán)形分配器，由它將脈沖逐一分配給步進(jìn)電機(jī)各相的驅(qū)動(dòng)電源，經(jīng)其放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。
2）閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作原理
閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)所使用驅(qū)動(dòng)電機(jī)通常是直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。由于這類驅(qū)動(dòng)電機(jī)只能控制其速度，不能控制其位置，當(dāng)用于位置控制系統(tǒng)時(shí)，只能采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制，不能用于開環(huán)控制，所以系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比開環(huán)的復(fù)雜。
系統(tǒng)接受來自CNC 插補(bǔ)指令，即該軸在插補(bǔ)周期內(nèi)的位移量，并以該位移量和由檢測與反饋單元測得的執(zhí)行部件的實(shí)際位置值，作為位置控制單元的輸入，經(jīng)過比較器比較，即得位置跟隨誤差：
跟隨誤差=位置指令值-實(shí)際位置值
以跟隨誤差為位置控制調(diào)節(jié)器的輸入，按給定的調(diào)節(jié)規(guī)律（P、PI、PID 或其他方法）計(jì)算出速度指令值，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換（D／A）后變成速度指令電壓，該電壓即為速度控制單元的一個(gè)輸入量。
速度控制單元以位置控制單元輸出的速度指令電壓和由檢測與反饋單元測得的實(shí)際速度值為輸入，經(jīng)過比較器比較，即得速度跟隨誤差：
速度跟隨誤差=速度指令電壓-實(shí)際速度電壓
以速度跟隨誤差為速度調(diào)節(jié)器的輸入，按給定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)可得出伺服電機(jī)控制電壓，該電壓根據(jù)伺服電機(jī)的不同將變換成不同形式的電量，并經(jīng)過放大后輸出以控制電機(jī)的運(yùn)行。
開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。
圖2 開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)工作原理圖
系統(tǒng)接受來自CNC插補(bǔ)指令，即該軸在插補(bǔ)周期內(nèi)的位移量，按該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量，將位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)n 和脈沖頻率，輸出給脈沖環(huán)形分配器，由它將脈沖逐一分配給步進(jìn)電機(jī)各相的驅(qū)動(dòng)電源，經(jīng)其放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。
2）閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的工作原理
閉環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)所使用驅(qū)動(dòng)電機(jī)通常是直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。由于這類驅(qū)動(dòng)電機(jī)只能控制其速度，不能控制其位置，當(dāng)用于位置控制系統(tǒng)時(shí)，只能采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制，不能用于開環(huán)控制，所以系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比開環(huán)的復(fù)雜。
系統(tǒng)接受來自CNC 插補(bǔ)指令，即該軸在插補(bǔ)周期內(nèi)的位移量，并以該位移量和由檢測與反饋單元測得的執(zhí)行部件的實(shí)際位置值，作為位置控制單元的輸入，經(jīng)過比較器比較，即得位置跟隨誤差：
跟隨誤差=位置指令值-實(shí)際位置值
以跟隨誤差為位置控制調(diào)節(jié)器的輸入，按給定的調(diào)節(jié)規(guī)律（P、PI、PID 或其他方法）計(jì)算出速度指令值，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換（D／A）后變成速度指令電壓，該電壓即為速度控制單元的一個(gè)輸入量。
速度控制單元以位置控制單元輸出的速度指令電壓和由檢測與反饋單元測得的實(shí)際速度值為輸入，經(jīng)過比較器比較，即得速度跟隨誤差：
速度跟隨誤差=速度指令電壓-實(shí)際速度電壓
以速度跟隨誤差為速度調(diào)節(jié)器的輸入，按給定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)可得出伺服電機(jī)控制電壓，該電壓根據(jù)伺服電機(jī)的不同將變換成不同形式的電量，并經(jīng)過放大后輸出以控制電機(jī)的運(yùn)行。