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數(shù)字脈沖比較式伺服系統(tǒng)
日期：2010年12月08 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：數(shù)控車床
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
一個數(shù)字比較系統(tǒng)最多可由6個主要環(huán)節(jié)組成。
•由數(shù)控裝置提供的指令信號。它可以是數(shù)碼信號，也可以是脈沖數(shù)字信號。
•由測量元件提供的機(jī)床工作臺位置信號，它可以是數(shù)碼信號，也可以是敷字脈沖信號。
•完成指令信號與測量反饋信號比較的比較器。
•數(shù)字脈沖信號與數(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和反饋信號的性質(zhì)而決定取舍。
•驅(qū)動執(zhí)行元件。它根據(jù)比較器的輸出帶動機(jī)床工作臺移動。
•比較器。常用的數(shù)字比較器大致有三類：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和反饋信號的差值以及差值的方向。數(shù)控車床將這一輸出信號放大后，控制執(zhí)行元件。數(shù)控車床執(zhí)行元件可以是伺服電機(jī)、液壓伺服馬達(dá)等。
一個具體的數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)，根據(jù)指令信號和測量反饋信號的形式，以及選擇的比較器的形式，可以是一個包括上述6個部分的系統(tǒng)，也可以僅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。對于數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)化為數(shù)碼，最簡單的實(shí)現(xiàn)方法可用一個可逆計數(shù)器，它將輸入的脈沖進(jìn)行計數(shù)，以數(shù)碼值輸出。根據(jù)對數(shù)碼形式的要求不同，可逆計數(shù)器可以是二進(jìn)制的、二一十進(jìn)制的或其他類型的計數(shù)器，圖5-44所示是由兩個二一十進(jìn)制可逆計數(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)碼置入減法計數(shù)器，當(dāng)時鐘脈沖CP到來之后，一方面使減法計數(shù)器作減法if數(shù)，另～方面進(jìn)入與門。
若減法計數(shù)器的內(nèi)容不為'o"，該CP脈沖通過與門輸出，若減法計數(shù)器的內(nèi)容變?yōu)?ldquo;o",則與門被關(guān)閉，CP脈沖不能通過。計數(shù)器從開始計數(shù)到減為“O”。數(shù)控車床剛好與置AW數(shù)器中數(shù)碼等值的數(shù)字脈沖從與門輸出，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：一是數(shù)媽比較器；二是數(shù)字脈沖比較器。數(shù)控車床在數(shù)碼比較器中，比較的是兩個數(shù)碼信號，而輸出可以是定性的，即只指出參加比較的數(shù)誰大誰小，也可以是定量的，指出參加比較的數(shù)誰大，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數(shù)器。
3數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)的工作過程
下面以用光電脈沖編碼器為測量元件的數(shù)字脈沖比較系統(tǒng)為例說明其工作過程。數(shù)控車床光電編碼器是一種通過光電轉(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)控車床光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與伺服電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。數(shù)控車床此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還j提供有相位差的兩路脈沖信號。
若工作臺靜止，指令脈沖t=o。此時，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，工作臺保持靜止。隨著指令脈沖的輸出，Pc≠0，在工作臺尚未移動之前，P，仍為零，此時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)動電機(jī)帶動工作臺正面進(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，工作臺停止在指令規(guī)定的位置上。數(shù)控車床此時，如繼續(xù)給正向指令脈沖，工作臺繼續(xù)運(yùn)動。
當(dāng)指令脈沖為反向進(jìn)給脈沖時，控制過程與上述過程基本類似，只是此時e<0，工作臺作反向進(jìn)給。
數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)是：指令位置信號與位置檢測裝置的反饋信號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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