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伺服驱动系统的分类

1.3 伺服驱动系统的分类

1.3.1 开环、半闭环、闭环驱动

(1)开环驱动及其特点

无位置反馈装置的伺服驱动称为开环驱动,使用步进电机作为执行元件是开环伺服驱动最明显的特点。

在开环伺服驱动中,数控装置输出的脉冲经过步进机的环形分配器(或脉冲分配软件的处理)、电流调节器、功率放大后驱动电枢,最终控制步进电机的角位移,见图1-3.

开环驱动的数控机床结构简单,制造成本低,不存在闭环系统的稳定性问题。但是,由于系统对移动部件的实际位移量不进行检测,因而无法通过反馈进行误差的自动检测和校正;此外,步进电机的步距角误差、齿轮和丝杠等部件的传动误差,最终都将影响零件的加工精度,特别是在负载转矩超过电机输出转矩时,将导致步进电机的失步,使加工无法进行。

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图1-3 开环驱动的组成原理图

(2)半闭环驱动及其特点

半闭环驱动的结构原理如图1-4所示,它需要伺服电机驱动。半闭环驱动的特点是传动丝杠或伺服电机上装有角位移检测装置(如光电编码器等),通过编码器对丝杠或电机转角的检测,可以间接地反应移动部件的直线位移量。

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图1-4 半闭环驱动的组成原理图

(3)闭环驱动及其特点

闭环驱动的结构原理图如图1-5所示,它不仅需要伺服电机或直线电机进行驱动,而且必须配备直线位移检测用的光栅。

全闭环控制系统可以对传动系统的全部间隙、磨损量进行自动补偿,其运动精度仅取决于检测装置的检测精度,它与机械传动的误差无关。

全闭环控制系统的结构特点决定了它对机械结构以及传动系统的要求比半闭环

更高,传动系统的刚度、间隙、导轨的爬行等非线性因素将直接影响到系统的稳定性,严重时甚至产生振荡。

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图1-5 闭环驱动的组成原理图

1.3.2 模拟伺服与数字伺服驱动

模拟伺服与数字伺服的比较

(1)模拟伺服的所有控制量均为连续变化的模拟量,而数字伺服的所有控制量均为二进制形式的数字量。

(2)模拟伺服中所使用的运算、调节件以集成运算放大器、电位器、电阻、电容等元器件为主,内部一般无微处理器,调节器所需要的比例(P)、积分、

微分等运算功能通过模拟电子线路实现,其调节功能单一;而在数字伺服

中,调节器以微处理器作为基本的控制器件,它可以通过各种算法实现多

种调节运算功能,因此,不仅可以实现传统的PID控制,而且还可以实现

现代理论控制中的状态观察器,坐标变换、矢量控制、模糊控制等功能,从而实现系统的最优控制。

(3)模拟伺服的参数调整可通过调节电位器等方法实现,不需要专门的仪器;

数字伺服的调整需要通过输入数据来改变微处理器的运算参数,因此,数

字伺服必须配套数据输入与显示面板或与外部进行数据通信的接口与总

线。

(4)模拟伺服无法进行数字量的运算,故在伺服驱动器中不能实现位置控制功能,系统的位置控制必须在CNC内部完成。

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