华中科技大学：《数控技术》课程教学资源（PPT课件）第4章 进给伺服驱动系统 4.2 位置检测装置

第4章进给伺服驱动系统 4.1概述 4.2位置检测装置 4.3进给电机及驱动 4.4进给伺服系统的控制原理和方法

1 第4章 进给伺服驱动系统 4.1 概述 4.2 位置检测装置 4.3 进给电机及驱动 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法

4.2位置检测装置 位置检测装置： 检测位移（线位移或角位移)和速度，反馈至数控 装置或伺服驱动器，构成伺服驱动系统闭环或半闭环控 制，使工作台按指令路径精确地移动。 (1)组成：检测元件（传感器）和信号处理装置。 (2)常用检测装置：旋转变压器、感应同步器、旋转 编码器、光栅、磁栅等 2

2 4.2 位置检测装置 位置检测装置： 检测位移（线位移或角位移）和速度，反馈至数控 装置或伺服驱动器，构成伺服驱动系统闭环或半闭环控 制，使工作台按指令路径精确地移动。 （1）组成：检测元件（传感器）和信号处理装置。 （2）常用检测装置：旋转变压器、感应同步器、旋转 编码器、光栅、磁栅等

4.2位置检测装置 (3)精度：系统精度、分辨率 >系统精度：一定范围内测量累积误差最大值。 直线位移测量精度：±0.002~士0.02m/m; 回转角位移测量精度：土5"360° >系统分辨率：能正确检测的最小位移量。 数控机床加 直线位移分辨率：1m,高精度0.1μm; 工精度主要 由检测系统 回转分辨率：可达2”。 精度决定。 大型机床：速度为主； 中小型机床、高精度机床：精度为主。 3

3 （3） 精度：系统精度、分辨率 系统精度：一定范围内测量累积误差最大值。 直线位移测量精度：±0.002～ ± 0.02 ㎜／m； 回转角位移测量精度：±5″／360° 系统分辨率：能正确检测的最小位移量。 直线位移分辨率：1μm，高精度0.1μm； 回转分辨率：可达2 ″ 。 大型机床：速度为主； 中小型机床、高精度机床：精度为主。 数控机床加 工精度主要 由检测系统 精度决定。 4.2 位置检测装置

4.2位置检测装置 (4)安装位置 >半闭环控制的数控机床 旋转变压器、编码器等，安装在电机或丝杠 上，测量电机或丝杠的角位移间接测量工作台的 直线位移。 >闭环控制系统的数控机床 感应同步器、光栅、磁栅等，安装在工作台 和导轨上，直接测量工作台的直线位移。 4

4 （4）安装位置 半闭环控制的数控机床 旋转变压器、编码器等，安装在电机或丝杠 上，测量电机或丝杠的角位移间接测量工作台的 直线位移。 闭环控制系统的数控机床 感应同步器、光栅、磁栅等，安装在工作台 和导轨上，直接测量工作台的直线位移。 4.2 位置检测装置

4.2位置检测装置 (5)数控机床对检测装置的要求 >受温度、湿度影响小，工作可靠，抗干扰能力强 >在机床移动范围内满足精度和速度要求 >使用维护方便，适合机床运行环境 >成本低 >易于实现高速的动态测量。 5

5 （5）数控机床对检测装置的要求 受温度、湿度影响小，工作可靠，抗干扰能力强 在机床移动范围内满足精度和速度要求 使用维护方便，适合机床运行环境 成本低 易于实现高速的动态测量。 4.2 位置检测装置

4.2位置检测装置 4.2.1位置检测装置分类 数字式 模拟式 增量式 绝对式 增量式 绝对式 回 增量式脉冲 绝对式脉冲 旋转变压器 多极旋转变压器 转 编码器 编码器 圆感应同步器 3速圆感应同步器 型 圆光栅 圆磁尺 直 计量光栅 多通道透射直线感应同步器3速直线感应同步器 线 激光干涉仪 光栅 光栅尺 绝对值式磁尺 型 6

6 4.2.1 位置检测装置分类 数字式 模拟式 增量式 绝对式 增量式 绝对式 回 转 型 增量式脉冲 编码器 圆光栅 绝对式脉冲 编码器 旋转变压器 圆感应同步器 圆磁尺 多极旋转变压器 3速圆感应同步器 直 线 型 计量光栅 激光干涉仪 多通道透射 光栅 直线感应同步器 光栅尺 3速直线感应同步器 绝对值式磁尺 4.2 位置检测装置

4.2位置检测装置 (1)增量式与绝对式 >增量式检测方式 功能：测量增量，移动1个测量单位发出1个测量信号。 如：测量单位为0.001mm,每移动0.001mm发出1个脉冲信 号，对脉冲计数得到位移量。 优点：装置较简单，任何一个对中点均可作测量起点： 缺点：一旦计数有误，此后测量结果全错；发生故障（如 断电、断刀等)时不能找到事故前的位置，须将工作台移 至起点重新计数。 增量式检测装置：有脉冲编码器，旋转变压器，感应同步器， 光栅，磁栅，激光干涉仪等

7 （1）增量式与绝对式  增量式检测方式 功能：测量增量，移动1个测量单位发出1个测量信号。 如：测量单位为0.001mm，每移动0.001mm发出1个脉冲信 号，对脉冲计数得到位移量。 优点：装置较简单，任何一个对中点均可作测量起点； 缺点：一旦计数有误，此后测量结果全错；发生故障（如 断电、断刀等）时不能找到事故前的位置，须将工作台移 至起点重新计数。 增量式检测装置：有脉冲编码器，旋转变压器，感应同步器， 光栅，磁栅，激光干涉仪等 4.2 位置检测装置

4.2位置检测装置 >绝对式检测方式 功能：被测量的任一点的位置都以一个固定的零点作 基准，每一被测点都有一个相应的对零点的测量值。 优点：避免了增量式检测方式的缺陷 缺点：结构较复杂。 绝对式检测装置：有绝对式脉冲编码器、三速式绝对 编码器（或称多圈式绝对编码器)等 8

8 绝对式检测方式 功能：被测量的任一点的位置都以一个固定的零点作 基准，每一被测点都有一个相应的对零点的测量值。 优点：避免了增量式检测方式的缺陷 缺点：结构较复杂。 绝对式检测装置：有绝对式脉冲编码器、三速式绝对 编码器（或称多圈式绝对编码器）等 4.2 位置检测装置

4.2位置检测装置 (2)数字式与模拟式 >数字式测量方式 以数字形式表示被测量，测量信号一般为脉冲， 可直接把它送到数控装置进行比较、处理。 特点： ◆便于显示、处理； ◆测量精度取决于测量单位，与量程基本无关（存 在累加误差) ◆检测装置简单，脉冲信号抗干扰能力强。 9

9 （2）数字式与模拟式 数字式测量方式 以数字形式表示被测量，测量信号一般为脉冲， 可直接把它送到数控装置进行比较、处理。 特点：  便于显示、处理；  测量精度取决于测量单位，与量程基本无关（存 在累加误差）  检测装置简单，脉冲信号抗干扰能力强。 4.2 位置检测装置

4.2位置检测装置 >模拟式测量方式 用连续的变量表示被测量，如用相位变化、电压 变化表示。 特点： ◆直接对被测量进行检测： ◆在小量程内可以实现高精度测量； ◆可用于直接检测和间接检测。 10

10 模拟式测量方式 用连续的变量表示被测量，如用相位变化、电压 变化表示。 特点：  直接对被测量进行检测；  在小量程内可以实现高精度测量；  可用于直接检测和间接检测。 6.1 概述 4.2 位置检测装置