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機床伺服系統位置控制

日期：2009年11月03　來源：沈陽第一機床廠　關鍵字：機床
    位置控制是伺服系統的重要組成部分，是保證位置精度的一個環節。作為一個完槧概念，位置控制包括位置控制環、速度控制環和機床電流控制環，具有位置控制環的系統才是真正完整意義的伺服系統。數控機床進給系統就是包括廠三環控制的伺服系統。前面已經介紹了速廑控制，下面只講述位冒控制環本身的技術。 位置控制按結構分為開環控制和閉環控制兩類，按丁作原琿分為相位控制、幅值控制和數字控制等類。開環控制用于步進電動機作為執行件的系統中，其位置精度由步進電動機木身保證；相位摔制和幅值控制是早期直流伺服系統中使用的模擬控制方法(將控制信號變成相位或幅值并進行比較)，現在己不使用。下面主要介紹閉環數字伺服機床系統的位置控制。
    位置控制環是伺服系統的外環，它接收數控裝置插補器每個插補采樣周期發出的指令作為位置環的給定，同時還接收每個位置采樣周期測雖反饋裝置測山的實際位置值，然后與位置給定值進行比較(給定值減去反饋值)得出位置誤差，該誤差作為速度環的給定。實際L根據伺服系統各環節的增益(放大倍數)、倍率及其他要求，還要對位置環的給定、反饋和誤差信號進行處理。從完整意義來看，位置控制包括速度環和電流環的給定，以及反饋和誤差信號的處理。早期的位置控制，其速度環和電流環均采用模擬控制機床，有些系統也只有位置環具有數字控制的概念，而且采用脈沖比較力式，其位置誤差數據經D／A轉換變成模擬量后給速度環。  現代全數字伺服系統中，不進行D／A轉換。位置環、速度環和電流環的給定信號、反饋信號、誤差信號，以及增益和具他控制參數，均由系統十的微處理器進行數字處理。這樣可以使控制參數達到最優化，因而擰制精度高、穩定性好。同時，對實現前饋控制、自適應控制、智能控制等現代先進控制方法都是十分有利的。
    數字脈沖比較是構成閉環和半閉環位置擰制的一種常用方法。在半閉環伺服系統巾，經常采用由光電脈沖編碼罪等組成的位置檢測裝置：在閉環伺服系統中，多采用光柵及其電路作為位置檢測裝置。通過檢測裝置進行位置檢測機床和反饋實現脈沖比較。數字脈沖LC較位置控制的半閉環伺服系統。該系統的位置環包括光電脈沖編碼據、脈沖處理電路和比較器環節等。
    2．位置環的工作原理
    位置環的了作按負反饋、誤差原理千作。有誤差就運動，沒誤差就停止。具體如下；
    (1)靜止狀態時，指令脈沖F=0，于作臺不動，則反饋脈沖尸f為零，經比較器比較得誤差(也稱偏差)e=F—尸r：o，即速度環給定為零，伺服 電動機不轉，千作臺仍處于靜止狀態。
    (2)指令為止向脈沖時，F>0，在于作臺沒有移動之前機床，反饋脈沖尸r仍為零，經比較2S比較得e-F~f>O，則速度控制系統驅動電動機轉動，使工作臺向正向進給，隨著電動機的運轉，檢測山的反饋脈沖信號通過采樣進入比較器，按負反饋原理，誤差減小。如果沒有滯后，一個插補周期給定和反饋脈沖應該相等，但誤差一定存在，有誤蕪就運動。當誤差為零時，工作臺達到指令所規定的位置。如果按插補周期不斷地給出指令，工作臺就不斷地運動。誤差為一個穩定值刊，工作臺為恒速運動。加速時，指令值不斷增加，誤羌也不斷加大，使工作臺加速運動。減速時，因誤差逐漸減小，使工作臺減速運動。
    (3)指令為負向脈沖時，F<0，其控制過程與指令為正向脈沖時類似。只是此時，e=F—盧f<0，使工作臺向反向進給。
    (4)比較器輸J巾的位置偏差信號足一個數字量，對于模擬控制的速度環要進行D／A變換，才能變為模擬給定電斥，使速度控制環工作。
    4．4．3  全數字控制伺服系統
    隨著計算機技術、電子技術和現代控制理論機床的發展，數控伺服系統向著交流全數字化為 向發展。交流系統取代直流系統，數字控制取代模擬控制。全數字數控是用計算機軟件實現數控的各種功能，完成各種參數的控制。在數控伺服系統中，主要表現為位置環、速度環和電流環的數字控制。現在，不但位置環的控制數字化，而且速度環和電流環的控制也全面數字化。數字化控制發展的關鍵足依靠控制理論及算法、檢測傳感器、電力電子器件和微處冉器功能等的發展。
    全數字控制伺服系統機床的原理圖。圖中：  電流環、位置環均裝有數字化測旦傳感器；速度環的測量也是數字化測量，是通過位置測量傳感罪得出的(這是一種常用方法，如使用脈沖編碼器就能做到兩用)。從圖中還訓以看到，速度控制和電流控制是由專用CPU(圖中的“進給控制”框)完成。位置反饋、比較等處理工作通過高速通信總線由“位控CPU'’完成。其位置偏差再由通信總線傳給速度環。此外，各種參數控制及調節也由微處理器實現，特別是正弦脈寬調制變頻器的矢量變換擰制也是由微處琿器完成的。

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