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 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法

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 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

4.4进给伺服系统的控制原理和方法 A 4.4.1步进伺服驱动系统的控制原理与方法 (略)

2 （略） 4.4.1 步进伺服驱动系统的控制原理与方法 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法

4.4进给伺服系统的控制原理和方法 4.4.2交流进给伺服驱动系统的控制原理与方法 交流进给伺服驱动系统的组成： 控制器、功率驱动器、检测装置和伺服电机； 控制器 速度给定， 同服电机。 位置调节器 速度调节器 电流调节器 功率驱动装置 工作台 电流变换 检 速度变换 装 位置变换 置 检测反馈装 系统根据数控装置的指令信号和检测装置检测的实际 信号之差来调节控制量。 3

3 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法 4.4.2 交流进给伺服驱动系统的控制原理与方法 交流进给伺服驱动系统的组成： 控制器、功率驱动器、检测装置和伺服电机； 系统根据数控装置的指令信号和检测装置检测的实际 信号之差来调节控制量

4.4进给伺服系统的控制原理和方法 1.交流伺服电机的矢量控制原理 为什么矢量控制？ 直流电机调速方法： 直流电机组成：磁极（定子）、电枢（转子）、电刷与换向片 If Ia UF M Ua

4 1. 交流伺服电机的矢量控制原理 为什么矢量控制？ 直流电机调速方法： 直流电机组成：磁极（定子）、电枢（转子）、电刷与换向片 M If I a U f U a 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法

4.4进给伺服系统的控制原理和方法 直流电机的两个重要参数： R。 n= U CD R。 Tm=C,ΦmI。 =CCnΦ T m 直流调速度中：与电磁转矩Tm相关的励磁磁通Φm和电 枢电流L是两个互相独立的变量。励磁磁通Φm仅正比于励 磁电流L,而与L无关，分别控制励磁电流L和电枢电流La, 即可方便地实现转矩Tm与转速n的线性控制。 5

5 m E T a m E T a E a T C C R n T C C R C U n 0 2 2        m T a T  C mI 直流调速度中：与电磁转矩Tm 相关的励磁磁通Фm 和电 枢电流Ia是两个互相独立的变量。励磁磁通Фm仅正比于励 磁电流If ，而与Ia无关，分别控制励磁电流If 和电枢电流Ia， 即可方便地实现转矩Tm与转速n的线性控制。 直流电机的两个重要参数： 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法

4.4进给伺服系统的控制原理和方法 交流电机 交流电机电磁转矩公式 Tm=CMΦmcos2 电磁转矩Tm与气隙磁通Φm、转子电流Ia成正比，但Φm与 Ia不正交，不是独立的变量，不能单独控制，因此，不能分 别调节。同时，交流电机定子产生的是随时间和空间都在变 化的旋转磁场，气隙磁通Φm是一个空间交变矢量，这样， 在定子侧的各物理量（电压、电流、磁动势)也都在空间上 同步旋转且交变，调节、控制和计算很不方便。 6

6 交流电机 交流电机电磁转矩公式 电磁转矩Tm与气隙磁通Фm、转子电流Ia成正比，但Фm与 Ia不正交，不是独立的变量，不能单独控制，因此，不能分 别调节。同时，交流电机定子产生的是随时间和空间都在变 化的旋转磁场，气隙磁通Фm是一个空间交变矢量，这样， 在定子侧的各物理量（电压、电流、磁动势）也都在空间上 同步旋转且交变，调节、控制和计算很不方便。 2 Tm  CM m I a cos 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法

4.4进给伺服系统的控制原理和方法 1)矢量控制的基本思想： 将三相交流电机输入的电流等效变换为类似直流电机彼此 独立的励磁电流和力矩电流，建立起与之等效的直流电机数 学模型，通过对这两个电流量的反馈控制实现对电机电磁转 矩和速度的控制。然后，再通过相反的变换，将被控制的等 效直流电机电流还原为三相交流电机电流，那么就可以采用 类似直流电机的调速方法对三相交流电机进行调速了。 等效变换的准则：变换前后必须产生同样的旋转磁场 即等效的旋转磁场的旋转速度及强度都等效。 7

7 1)矢量控制的基本思想： 将三相交流电机输入的电流等效变换为类似直流电机彼此 独立的励磁电流和力矩电流，建立起与之等效的直流电机数 学模型，通过对这两个电流量的反馈控制实现对电机电磁转 矩和速度的控制。然后，再通过相反的变换，将被控制的等 效直流电机电流还原为三相交流电机电流，那么就可以采用 类似直流电机的调速方法对三相交流电机进行调速了。 等效变换的准则：变换前后必须产生同样的旋转磁场 即等效的旋转磁场的旋转速度及强度都等效。 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法

4.4进给伺服系统的控制原理和方法 2)矢量变换的实现： (1)三相/二相变换 i Fm 将三相静止绕组A、B、 C的交流变换为两相静止 绕组α、的交流。从而实 a 现三相交流电机变换为等 效的二相交流电机以及与 其相反的变换。 8

8 （1）三相/二相变换 将三相静止绕组A、B、 C的交流变换为两相静止 绕组α、β的交流。从而实 现三相交流电机变换为等 效的二相交流电机以及与 其相反的变换。 2)矢量变换的实现： 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法

4.4进给伺服系统的控制原理和方法 方法： 三相交流{4、ic所产生的旋转磁动势Fm与两相交 流{.、g}所产生的旋转磁动势Fm等效。 >建立三相交流{、p、ic转换为两相交流{ia、iB)的电 流变换矩阵： 2 cos0 1 4 4 sin0 sin sinπ 周 3 3 fe] 3 9

9 方法： 三相交流 {iA、iB、iC}所产生的旋转磁动势Fm与两相交 流 {iα、iβ}所产生的旋转磁动势Fm 等效。                                                      C B A C B A i i i i i i i i 2 3 2 3 0 2 1 2 1 1 3 2 3 4 sin 3 2 sin 0 sin 4 4 cos 3 2 cos 0 cos 3 2        建立三相交流 {iA、iB、iC}转换为两相交流 {iα、iβ}的电 流变换矩阵： 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法

4.4进给伺服系统的控制原理和方法 建立两相交流{.、B}转换为三相交流{、ip、c的电流 > 变换矩阵： 1 1-21 3 ia -2 10

10  建立两相交流{iα、iβ} 转换为三相交流 {iA、iB、iC}的电流 变换矩阵：                                       i i i i i C B A 2 3 2 1 2 3 2 1 1 0 3 2 4.4 进给伺服系统的控制原理和方法