伺服驱动系统.doc

伺服驱动系统参考资料:数控机床中的伺服驱动系统取代了传统机床的机械传动,是数控机床的重要特征之一,因此在一定意义上,伺服驱动系统的性能和可靠性决定了整台数控机床的性能和可靠性。C系统中的位置控制部分构成的。数控机床的驱动系统主要有两种:主轴驱动系统和进给驱动系统。从作用看,前者控制机床主轴旋转运动,后者控制机床各坐标的进给运动。不论是主轴驱动系统还是进给驱动系统,从电气控制原理来分都可分为直流驱动和交流驱动系统。直流驱动系统在20世纪70年代初至80年代中期占据主导地位,这是由于直流电动机具有良好的调速性能,输出力矩大,过载能力强,精度高,控制原理简单,易于调整等。随着微电子技术的迅速发展,加之交流伺服电动机材料、结构及控制理论有了突破性的进展,又推出了交流驱动系统,标志着新一代驱动系统的开始。由于交流驱动系统保持了直流驱动系统的优越性,而且交流电动机维护简单,便于制造,不受恶劣环境影响,所以目前直流驱动系统已逐步被交流驱动系统所取代。一、主轴驱动系统数控机床要求主轴在很宽的范围内转速连续可调,恒功率范围宽。当要求机床有螺纹加工功能、准停功能和恒线速加工等功能时,就要对主轴提出相应的速度控制和位置控制要求。,直流主轴电动机在数控机床的主轴驱动中得到广泛应用,主轴电动机驱动多采用晶闸管调速的方式。(1)工作原理数控机床直流主轴电动机由于功率较大,且要求正、反转及停止迅速,故驱动装置通常采用三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统,这样在制动时,除了缩短制动时间外,还能将主轴旋转的机械能转换成电能送回电网。1)主电路图6-9为三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统的主电路,逻辑无环流可逆系统是利用逻辑电路,使一组晶闸管在工作时,另一组晶闸管的触发脉冲被封锁,从而切断正、反两组晶闸管之间流通的电流。图6-10为逻辑无环流可逆系统的四象限运行示意图。其工作原理如下:正组晶闸管VT1提供电动机顺时针驱动(正转)的电枢电流Id,若速度指令由正变负,即电动机由正转到反转过程中,正组晶闸管进入有源逆变状态,将电感储能逆变回送电网。由于此时逆变是发生在原来工作着的桥路上,故称为本桥逆变,此时仍处于电动机运行状态,因而电枢电流迅速衰减。当Id回到零时,命令级电路使正组晶闸管VT1完全封锁,此时正、反组晶闸管均被封锁,电动机作惯性运转。在一个安全周期后,反组晶闸管VT2接通,进入有源逆变状态,电动势E 大于电枢电压Ud ,通过反组晶闸管VT2,机械能由电动机送回电网,电动机运行在发电制动状态,转速很快下降至零。由于此时逆变发生在原来封锁的桥路上,因而称为它桥逆变。如果反组在开放时处于整流状态,其整流电压与电动机电动势串联,形成电动机的电源反接制动,电流冲击很大。为此在反组开放前,在电流调节器的输入端加上一个从逻辑电路来的电压,习惯上称为推β环节,加入推β环节后,反组一开始就是发电制动,从而避免了反接制动造成的电流冲击,保证电动机从正转到反转过程中,电枢电流正向平稳下降至零再反向平稳上升。当逆时针驱动(反转)时,晶闸管VT2作为整流器,晶闸管VT1作为逆变器,运行情况同正转,因此可四象限运行。命令级电路的作用是防止正、反向两组晶闸管同时导通,它要检测电枢电路的电流是否到达零值,判别旋转方向命令,向逻辑电路提供正组或反组晶闸管允许开通信号,这两个信号是互斥的,由逻辑电路保证不同时出现。逻辑电路必须保证系统满足下述条件:①    只允许向一组晶闸管提供触发脉冲。图6-9三相桥式反并联逻辑无环流可逆调速系统主电路②只有当工作的那一组晶闸管断流后才能撤销其触发脉冲,以防止晶闸管处于逆变状态时,未断流就撤销触发脉冲,以致出现逆变颠覆现象,造成故障。③只有当原先工作的那一组晶闸管完全关断后,才能向另一组晶闸管提供触发脉冲,以防止出现过大的电流。④任何一组晶闸管导通时,要防止晶闸管输出电压与电动机电动势方向一致,导致电压相加,使瞬时电流过大。逻辑无环流可逆调速系统除了用于数控机床直流主轴电动机的驱动外,还可用于功率较大的直流进给伺服电动机。2)控制电路直流主轴电动机控制电路采用电流反馈和速度反馈的双闭环调速系统,其中内环是电流环,外环是速度环。主轴电动机为他励式直流电动机,励磁绕组与电枢绕组无连接关系,由另一路直流电源供电。图6-11为FANUC直流主轴电动机驱动控制示意图。磁场控制电路由励磁电流设定回路、电枢电压反馈回路及励磁电流反馈回路组成,电枢电压与电枢电压经比较后控制励磁电流。以FANUC直流主轴电动机为例,当电枢电压低于210V,,磁场控制回路中电枢电压反馈相当于开路不起作用,只有励磁电流反馈起作用,维持励磁电流不变,实现调压调速;当电枢电压高于210V,,励磁电流