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數(shù)字脈沖比較式伺服系統(tǒng)
日期：2010年12月08 來(lái)源：沈陽(yáng)第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：數(shù)控車(chē)床
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，在位置控制伺服系統(tǒng)中，采用數(shù)字脈沖的方法構(gòu)成位置閉環(huán)控制，由于結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，受到了普遍的重視。
1數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的構(gòu)成
一個(gè)數(shù)字比較系統(tǒng)最多可由6個(gè)主要環(huán)節(jié)組成。
•由數(shù)控裝置提供的指令信號(hào)。它可以是數(shù)碼信號(hào)，也可以是脈沖數(shù)字信號(hào)。
•由測(cè)量元件提供的機(jī)床工作臺(tái)位置信號(hào)，它可以是數(shù)碼信號(hào)，也可以是敷字脈沖信號(hào)。
•完成指令信號(hào)與測(cè)量反饋信號(hào)比較的比較器。
•數(shù)字脈沖信號(hào)與數(shù)碼的相互轉(zhuǎn)換部件。它依據(jù)比較囂的功能以及指令信號(hào)和反饋信號(hào)的性質(zhì)而決定取舍。
•驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。它根據(jù)比較器的輸出帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)。
•比較器。常用的數(shù)字比較器大致有三類(lèi)：數(shù)碼比較器、數(shù)字脈沖比較器、數(shù)碼與數(shù)字脈沖比較器。
由于指令和反饋信號(hào)不一定能適合比較的需要，因此，在指令和比較器之間以及反饋和比較器之間有時(shí)需增加“數(shù)字脈沖—數(shù)碼轉(zhuǎn)換”的線路。
比較器的輸出反映了指令信號(hào)和反饋信號(hào)的差值以及差值的方向。數(shù)控車(chē)床將這一輸出信號(hào)放大后，控制執(zhí)行元件。數(shù)控車(chē)床執(zhí)行元件可以是伺服電機(jī)、液壓伺服馬達(dá)等。
一個(gè)具體的數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)，根據(jù)指令信號(hào)和測(cè)量反饋信號(hào)的形式，以及選擇的比較器的形式，可以是一個(gè)包括上述6個(gè)部分的系統(tǒng)，也可以?xún)H由其中的某幾部分組成。
2數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的主要功能部件
(1)數(shù)字脈沖一數(shù)碼轉(zhuǎn)換器
數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)碼。對(duì)于數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)化為數(shù)碼，最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法可用一個(gè)可逆計(jì)數(shù)器，它將輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，以數(shù)碼值輸出。根據(jù)對(duì)數(shù)碼形式的要求不同，可逆計(jì)數(shù)器可以是二進(jìn)制的、二一十進(jìn)制的或其他類(lèi)型的計(jì)數(shù)器，圖5-44所示是由兩個(gè)二一十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器組成的數(shù)字脈沖一數(shù)碼轉(zhuǎn)換器。
數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖。對(duì)于數(shù)碼轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖，常用的有兩種方法。第一種方法是采用減法計(jì)數(shù)器組成的線路，如圖5-45Fj7F,先將要轉(zhuǎn)換的數(shù)碼置入減法計(jì)數(shù)器，當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP到來(lái)之后，一方面使減法計(jì)數(shù)器作減法if數(shù)，另～方面進(jìn)入與門(mén)。
若減法計(jì)數(shù)器的內(nèi)容不為'o"，該CP脈沖通過(guò)與門(mén)輸出，若減法計(jì)數(shù)器的內(nèi)容變?yōu)?ldquo;o",則與門(mén)被關(guān)閉，CP脈沖不能通過(guò)。計(jì)數(shù)器從開(kāi)始計(jì)數(shù)到減為“O”。數(shù)控車(chē)床剛好與置AW數(shù)器中數(shù)碼等值的數(shù)字脈沖從與門(mén)輸出，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼—數(shù)字脈沖的轉(zhuǎn)換。第二種方法是用一個(gè)脈沖乘法器，數(shù)字脈沖乘法器實(shí)質(zhì)上就是將輸入的二進(jìn)制數(shù)碼轉(zhuǎn)化為等值的脈沖個(gè)數(shù)輸出，其示意圖如圖5-46所示。
(2)比較器
在數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)中，使用的比較器有多種結(jié)構(gòu)，根據(jù)其功能可分為兩類(lèi)：一是數(shù)媽比較器；二是數(shù)字脈沖比較器。數(shù)控車(chē)床在數(shù)碼比較器中，比較的是兩個(gè)數(shù)碼信號(hào)，而輸出可以是定性的，即只指出參加比較的數(shù)誰(shuí)大誰(shuí)小，也可以是定量的，指出參加比較的數(shù)誰(shuí)大，大多少。在數(shù)字脈沖比較器中，常用方法是帶有可逆回路的可逆計(jì)數(shù)器。
3數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的工作過(guò)程
下面以用光電脈沖編碼器為測(cè)量元件的數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)為例說(shuō)明其工作過(guò)程。數(shù)控車(chē)床光電編碼器是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，是目前應(yīng)用最多的傳感器。數(shù)控車(chē)床光電編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤(pán)與伺服電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。數(shù)控車(chē)床此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤(pán)還j提供有相位差的兩路脈沖信號(hào)。
若工作臺(tái)靜止，指令脈沖t=o。此時(shí)，反饋脈沖只亦為零，經(jīng)比較環(huán)節(jié)得偏差。P。-P．=o，則伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速給定為零，工作臺(tái)保持靜止。隨著指令脈沖的輸出，Pc≠0，在工作臺(tái)尚未移動(dòng)之前，P，仍為零，此時(shí)e:P。- Pf#0，若指令脈沖為正向進(jìn)給脈沖，則e>0，由速度控制單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)正面進(jìn)給。隨著電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，光電脈沖編碼器不斷將P，送人比較器與P。進(jìn)行比較。若e≠。繼續(xù)運(yùn)行，直到e=0即反饋脈沖數(shù)等于指令脈沖數(shù)時(shí)，工作臺(tái)停止在指令規(guī)定的位置上。數(shù)控車(chē)床此時(shí)，如繼續(xù)給正向指令脈沖，工作臺(tái)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)指令脈沖為反向進(jìn)給脈沖時(shí)，控制過(guò)程與上述過(guò)程基本類(lèi)似，只是此時(shí)e<0，工作臺(tái)作反向進(jìn)給。
數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)是：指令位置信號(hào)與位置檢測(cè)裝置的反饋信號(hào)在位置控制單元中是以脈沖、數(shù)字的形式進(jìn)行比較的，比較后得到的位置偏差經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換（全數(shù)字伺服系統(tǒng)不經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換），發(fā)送給速度控制單元。
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