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機床伺服系統(tǒng)位置控制
日期：2009年11月03 來源：沈陽第一機床廠 關(guān)鍵字：機床
位置控制是伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是保證位置精度的一個環(huán)節(jié)。作為一個完槧概念，位置控制包括位置控制環(huán)、速度控制環(huán)和機床電流控制環(huán)，具有位置控制環(huán)的系統(tǒng)才是真正完整意義的伺服系統(tǒng)。數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)就是包括廠三環(huán)控制的伺服系統(tǒng)。前面已經(jīng)介紹了速廑控制，下面只講述位冒控制環(huán)本身的技術(shù)。 位置控制按結(jié)構(gòu)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類，按丁作原琿分為相位控制、幅值控制和數(shù)字控制等類。開環(huán)控制用于步進(jìn)電動機作為執(zhí)行件的系統(tǒng)中，其位置精度由步進(jìn)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(tǒng)中使用的模擬控制方法(將控制信號變成相位或幅值并進(jìn)行比較)，現(xiàn)在己不使用。下面主要介紹閉環(huán)數(shù)字伺服機床系統(tǒng)的位置控制。
位置控制環(huán)是伺服系統(tǒng)的外環(huán)，它接收數(shù)控裝置插補器每個插補采樣周期發(fā)出的指令作為位置環(huán)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(jìn)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(huán)的給定。實際L根據(jù)伺服系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的增益(放大倍數(shù))、倍率及其他要求，還要對位置環(huán)的給定、反饋和誤差信號進(jìn)行處理。從完整意義來看，位置控制包括速度環(huán)和電流環(huán)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(huán)和電流環(huán)均采用模擬控制機床，有些系統(tǒng)也只有位置環(huán)具有數(shù)字控制的概念，而且采用脈沖比較力式，其位置誤差數(shù)據(jù)經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換變成模擬量后給速度環(huán)。 現(xiàn)代全數(shù)字伺服系統(tǒng)中，不進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換。位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的給定信號、反饋信號、誤差信號，以及增益和具他控制參數(shù)，均由系統(tǒng)十的微處理器進(jìn)行數(shù)字處理。這樣可以使控制參數(shù)達(dá)到最優(yōu)化，因而擰制精度高、穩(wěn)定性好。同時，對實現(xiàn)前饋控制、自適應(yīng)控制、智能控制等現(xiàn)代先進(jìn)控制方法都是十分有利的。
數(shù)字脈沖比較是構(gòu)成閉環(huán)和半閉環(huán)位置擰制的一種常用方法。在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)巾，經(jīng)常采用由光電脈沖編碼罪等組成的位置檢測裝置：在閉環(huán)伺服系統(tǒng)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(jìn)行位置檢測機床和反饋實現(xiàn)脈沖比較。數(shù)字脈沖LC較位置控制的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)的位置環(huán)包括光電脈沖編碼據(jù)、脈沖處理電路和比較器環(huán)節(jié)等。
2．位置環(huán)的工作原理
位置環(huán)的了作按負(fù)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?fàn)顟B(tài)時，指令脈沖F=0，于作臺不動，則反饋脈沖尸f為零，經(jīng)比較器比較得誤差(也稱偏差)e=F—尸r：o，即速度環(huán)給定為零，伺服 電動機不轉(zhuǎn)，千作臺仍處于靜止?fàn)顟B(tài)。
(2)指令為止向脈沖時，F(xiàn)>0，在于作臺沒有移動之前機床，反饋脈沖尸r仍為零，經(jīng)比較2S比較得e-F~f>O，則速度控制系統(tǒng)驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，使工作臺向正向進(jìn)給，隨著電動機的運轉(zhuǎn)，檢測山的反饋脈沖信號通過采樣進(jìn)入比較器，按負(fù)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(yīng)該相等，但誤差一定存在，有誤蕪就運動。當(dāng)誤差為零時，工作臺達(dá)到指令所規(guī)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(wěn)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(fù)向脈沖時，F(xiàn)<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(jìn)給。
(4)比較器輸J巾的位置偏差信號足一個數(shù)字量，對于模擬控制的速度環(huán)要進(jìn)行D／A變換，才能變?yōu)槟M給定電斥，使速度控制環(huán)工作。
4．4．3 全數(shù)字控制伺服系統(tǒng)
隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論機床的發(fā)展，數(shù)控伺服系統(tǒng)向著交流全數(shù)字化為 向發(fā)展。交流系統(tǒng)取代直流系統(tǒng)，數(shù)字控制取代模擬控制。全數(shù)字?jǐn)?shù)控是用計算機軟件實現(xiàn)數(shù)控的各種功能，完成各種參數(shù)的控制。在數(shù)控伺服系統(tǒng)中，主要表現(xiàn)為位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的數(shù)字控制。現(xiàn)在，不但位置環(huán)的控制數(shù)字化，而且速度環(huán)和電流環(huán)的控制也全面數(shù)字化。數(shù)字化控制發(fā)展的關(guān)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(fā)展。
全數(shù)字控制伺服系統(tǒng)機床的原理圖。圖中： 電流環(huán)、位置環(huán)均裝有數(shù)字化測旦傳感器；速度環(huán)的測量也是數(shù)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(xùn)以看到，速度控制和電流控制是由專用CPU(圖中的“進(jìn)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(huán)。此外，各種參數(shù)控制及調(diào)節(jié)也由微處理器實現(xiàn)，特別是正弦脈寬調(diào)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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