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技術(shù)文章
德國EMG技術(shù)概念和組成結(jié)構(gòu)伺服控制技術(shù)
點擊次數(shù)：2056 發(fā)布時間：2011-6-21
1．EMG技術(shù)概念和組成結(jié)構(gòu)伺服控制技術(shù)
技術(shù)概念和組成結(jié)構(gòu)伺服控制技術(shù)是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制技術(shù)。運用該技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)——進給伺服系統(tǒng)是一個典型的機電一體化系統(tǒng)，主要由以下幾個部分組成：位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動元件（電機）、檢測與反饋單元和機械執(zhí)行部件。
進給伺服系統(tǒng)各模塊（單元）之間的。從調(diào)節(jié)原理的角度，進給伺服系統(tǒng)是一種精密的位置跟蹤與定位系統(tǒng)，按其位置環(huán)路的開放與否，可以分為開環(huán)與閉環(huán)兩種，其中閉環(huán)系統(tǒng)按其位置檢測元件的安裝部位又可分為：全閉環(huán)與半閉環(huán)兩種。全閉環(huán)的位置檢測元件安裝在進給傳動鏈的末端，半閉環(huán)的位置檢測元件安裝在進給傳動鏈中的某個傳動元件上。
如果說CNC裝置是數(shù)控裝備的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控裝置的“四肢”，是一種“執(zhí)行機構(gòu)”。進給伺服系統(tǒng)忠實地執(zhí)行由CNC 裝置發(fā)來的運動命令，控制執(zhí)行部件的運動方向、進給速度與位移量。
通常在數(shù)控機裝備往往需要對多個運動部件進行控制，如：數(shù)控車床一般有兩個進給軸，數(shù)控銑床一般有3個進給軸，加工中心則有更多的進給軸（包括直線軸或回轉(zhuǎn)軸）。這些進給軸有的帶動裝有工件的工作臺運動，有的則帶動裝有刀具的刀架（如車床）或主軸箱（如銑床等）。每個進給軸均是一個進給伺服系統(tǒng)。多個進給伺服系統(tǒng)問的配合和協(xié)調(diào)，是通過CNC 裝置（以指令的方式）實現(xiàn)的。通過多個進給伺服系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，可使刀具相對于加工工件產(chǎn)生復(fù)雜的曲線運動，加工出復(fù)雜形狀的工件。
2.工作原理
1）開環(huán)進給伺服系統(tǒng)
開環(huán)進給伺服系統(tǒng)的原理與圖1相似，只是沒有檢測與反饋單元（包括相應(yīng)的位置和速度檢測元件），驅(qū)動電機只能用步進電機，因為通過脈沖既可以控制其速度（脈沖的頻率），又可以控制其位置（脈沖的個數(shù)）。
技術(shù)概念和組成結(jié)構(gòu)伺服控制技術(shù)是以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制技術(shù)。運用該技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)——進給伺服系統(tǒng)是一個典型的機電一體化系統(tǒng)，主要由以下幾個部分組成：位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動元件（電機）、檢測與反饋單元和機械執(zhí)行部件。
進給伺服系統(tǒng)各模塊（單元）之間的。從調(diào)節(jié)原理的角度，進給伺服系統(tǒng)是一種精密的位置跟蹤與定位系統(tǒng)，按其位置環(huán)路的開放與否，可以分為開環(huán)與閉環(huán)兩種，其中閉環(huán)系統(tǒng)按其位置檢測元件的安裝部位又可分為：全閉環(huán)與半閉環(huán)兩種。全閉環(huán)的位置檢測元件安裝在進給傳動鏈的末端，半閉環(huán)的位置檢測元件安裝在進給傳動鏈中的某個傳動元件上。
如果說CNC裝置是數(shù)控裝備的“大腦”，是發(fā)布“命令”的“指揮所”，那么進給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控裝置的“四肢”，是一種“執(zhí)行機構(gòu)”。進給伺服系統(tǒng)忠實地執(zhí)行由CNC 裝置發(fā)來的運動命令，控制執(zhí)行部件的運動方向、進給速度與位移量。
通常在數(shù)控機裝備往往需要對多個運動部件進行控制，如：數(shù)控車床一般有兩個進給軸，數(shù)控銑床一般有3個進給軸，加工中心則有更多的進給軸（包括直線軸或回轉(zhuǎn)軸）。這些進給軸有的帶動裝有工件的工作臺運動，有的則帶動裝有刀具的刀架（如車床）或主軸箱（如銑床等）。每個進給軸均是一個進給伺服系統(tǒng)。多個進給伺服系統(tǒng)問的配合和協(xié)調(diào)，是通過CNC 裝置（以指令的方式）實現(xiàn)的。通過多個進給伺服系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，可使刀具相對于加工工件產(chǎn)生復(fù)雜的曲線運動，加工出復(fù)雜形狀的工件。
2.工作原理
1）開環(huán)進給伺服系統(tǒng)
開環(huán)進給伺服系統(tǒng)的原理與圖1相似，只是沒有檢測與反饋單元（包括相應(yīng)的位置和速度檢測元件），驅(qū)動電機只能用步進電機，因為通過脈沖既可以控制其速度（脈沖的頻率），又可以控制其位置（脈沖的個數(shù)）。
圖1 進給伺服系統(tǒng)的原理圖
開環(huán)進給伺服系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。
圖2 開環(huán)進給伺服系統(tǒng)工作原理圖
系統(tǒng)接受來自CNC插補指令，即該軸在插補周期內(nèi)的位移量，按該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量，將位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖個數(shù)n 和脈沖頻率，輸出給脈沖環(huán)形分配器，由它將脈沖逐一分配給步進電機各相的驅(qū)動電源，經(jīng)其放大后驅(qū)動步進電機運行。
2）閉環(huán)和半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)的工作原理
閉環(huán)和半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)所使用驅(qū)動電機通常是直流伺服電機和交流伺服電機。由于這類驅(qū)動電機只能控制其速度，不能控制其位置，當(dāng)用于位置控制系統(tǒng)時，只能采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制，不能用于開環(huán)控制，所以系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比開環(huán)的復(fù)雜。
系統(tǒng)接受來自CNC 插補指令，即該軸在插補周期內(nèi)的位移量，并以該位移量和由檢測與反饋單元測得的執(zhí)行部件的實際位置值，作為位置控制單元的輸入，經(jīng)過比較器比較，即得位置跟隨誤差：
跟隨誤差=位置指令值-實際位置值
以跟隨誤差為位置控制調(diào)節(jié)器的輸入，按給定的調(diào)節(jié)規(guī)律（P、PI、PID 或其他方法）計算出速度指令值，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換（D／A）后變成速度指令電壓，該電壓即為速度控制單元的一個輸入量。
速度控制單元以位置控制單元輸出的速度指令電壓和由檢測與反饋單元測得的實際速度值為輸入，經(jīng)過比較器比較，即得速度跟隨誤差：
速度跟隨誤差=速度指令電壓-實際速度電壓
以速度跟隨誤差為速度調(diào)節(jié)器的輸入，按給定的調(diào)節(jié)規(guī)律進行調(diào)節(jié)可得出伺服電機控制電壓，該電壓根據(jù)伺服電機的不同將變換成不同形式的電量，并經(jīng)過放大后輸出以控制電機的運行。
開環(huán)進給伺服系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。
圖2 開環(huán)進給伺服系統(tǒng)工作原理圖
系統(tǒng)接受來自CNC插補指令，即該軸在插補周期內(nèi)的位移量，按該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量，將位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖個數(shù)n 和脈沖頻率，輸出給脈沖環(huán)形分配器，由它將脈沖逐一分配給步進電機各相的驅(qū)動電源，經(jīng)其放大后驅(qū)動步進電機運行。
2）閉環(huán)和半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)的工作原理
閉環(huán)和半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)所使用驅(qū)動電機通常是直流伺服電機和交流伺服電機。由于這類驅(qū)動電機只能控制其速度，不能控制其位置，當(dāng)用于位置控制系統(tǒng)時，只能采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制，不能用于開環(huán)控制，所以系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比開環(huán)的復(fù)雜。
系統(tǒng)接受來自CNC 插補指令，即該軸在插補周期內(nèi)的位移量，并以該位移量和由檢測與反饋單元測得的執(zhí)行部件的實際位置值，作為位置控制單元的輸入，經(jīng)過比較器比較，即得位置跟隨誤差：
跟隨誤差=位置指令值-實際位置值
以跟隨誤差為位置控制調(diào)節(jié)器的輸入，按給定的調(diào)節(jié)規(guī)律（P、PI、PID 或其他方法）計算出速度指令值，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換（D／A）后變成速度指令電壓，該電壓即為速度控制單元的一個輸入量。
速度控制單元以位置控制單元輸出的速度指令電壓和由檢測與反饋單元測得的實際速度值為輸入，經(jīng)過比較器比較，即得速度跟隨誤差：
速度跟隨誤差=速度指令電壓-實際速度電壓
以速度跟隨誤差為速度調(diào)節(jié)器的輸入，按給定的調(diào)節(jié)規(guī)律進行調(diào)節(jié)可得出伺服電機控制電壓，該電壓根據(jù)伺服電機的不同將變換成不同形式的電量，并經(jīng)過放大后輸出以控制電機的運行。