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机床伺服系统位置控制
日期：2009年11月03 来源：沈阳第一机床厂 关键字：机床
位置控制是伺服系统的重要组成部分，是保证位置精度的一个环节。作为一个完椠概念，位置控制包括位置控制环、速度控制环和机床电流控制环，具有位置控制环的系统才是真正完整意义的伺服系统。数控机床进给系统就是包括厂三环控制的伺服系统。前面已经介绍了速廑控制，下面只讲述位冒控制环本身的技术。 位置控制按结构分为开环控制和闭环控制两类，按丁作原珲分为相位控制、幅值控制和数字控制等类。开环控制用于步进电动机作为执行件的系统中，其位置精度由步进电动机木身保证；相位摔制和幅值控制是早期直流伺服系统中使用的模拟控制方法(将控制信号变成相位或幅值并进行比较)，现在己不使用。下面主要介绍闭环数字伺服机床系统的位置控制。
位置控制环是伺服系统的外环，它接收数控装置插补器每个插补采样周期发出的指令作为位置环的给定，同时还接收每个位置采样周期测虽反馈装置测山的实际位置值，然后与位置给定值进行比较(给定值减去反馈值)得出位置误差，该误差作为速度环的给定。实际L根据伺服系统各环节的增益(放大倍数)、倍率及其他要求，还要对位置环的给定、反馈和误差信号进行处理。从完整意义来看，位置控制包括速度环和电流环的给定，以及反馈和误差信号的处理。早期的位置控制，其速度环和电流环均采用模拟控制机床，有些系统也只有位置环具有数字控制的概念，而且采用脉冲比较力式，其位置误差数据经D／A转换变成模拟量后给速度环。 现代全数字伺服系统中，不进行D／A转换。位置环、速度环和电流环的给定信号、反馈信号、误差信号，以及增益和具他控制参数，均由系统十的微处理器进行数字处理。这样可以使控制参数达到最优化，因而拧制精度高、稳定性好。同时，对实现前馈控制、自适应控制、智能控制等现代先进控制方法都是十分有利的。
数字脉冲比较是构成闭环和半闭环位置拧制的一种常用方法。在半闭环伺服系统巾，经常采用由光电脉冲编码罪等组成的位置检测装置：在闭环伺服系统中，多采用光栅及其电路作为位置检测装置。通过检测装置进行位置检测机床和反馈实现脉冲比较。数字脉冲LC较位置控制的半闭环伺服系统。该系统的位置环包括光电脉冲编码据、脉冲处理电路和比较器环节等。
2．位置环的工作原理
位置环的了作按负反馈、误差原理千作。有误差就运动，没误差就停止。具体如下；
(1)静止状态时，指令脉冲F=0，于作台不动，则反馈脉冲尸f为零，经比较器比较得误差(也称偏差)e=F—尸r：o，即速度环给定为零，伺服 电动机不转，千作台仍处于静止状态。
(2)指令为止向脉冲时，F>0，在于作台没有移动之前机床，反馈脉冲尸r仍为零，经比较2S比较得e-F~f>O，则速度控制系统驱动电动机转动，使工作台向正向进给，随着电动机的运转，检测山的反馈脉冲信号通过采样进入比较器，按负反馈原理，误差减小。如果没有滞后，一个插补周期给定和反馈脉冲应该相等，但误差一定存在，有误芜就运动。当误差为零时，工作台达到指令所规定的位置。如果按插补周期不断地给出指令，工作台就不断地运动。误差为一个稳定值刊，工作台为恒速运动。加速时，指令值不断增加，误羌也不断加大，使工作台加速运动。减速时，因误差逐渐减小，使工作台减速运动。
(3)指令为负向脉冲时，F<0，其控制过程与指令为正向脉冲时类似。只是此时，e=F—卢f<0，使工作台向反向进给。
(4)比较器输J巾的位置偏差信号足一个数字量，对于模拟控制的速度环要进行D／A变换，才能变为模拟给定电斥，使速度控制环工作。
4．4．3 全数字控制伺服系统
随着计算机技术、电子技术和现代控制理论机床的发展，数控伺服系统向着交流全数字化为 向发展。交流系统取代直流系统，数字控制取代模拟控制。全数字数控是用计算机软件实现数控的各种功能，完成各种参数的控制。在数控伺服系统中，主要表现为位置环、速度环和电流环的数字控制。现在，不但位置环的控制数字化，而且速度环和电流环的控制也全面数字化。数字化控制发展的关键足依靠控制理论及算法、检测传感器、电力电子器件和微处冉器功能等的发展。
全数字控制伺服系统机床的原理图。图中： 电流环、位置环均装有数字化测旦传感器；速度环的测量也是数字化测量，是通过位置测量传感罪得出的(这是一种常用方法，如使用脉冲编码器就能做到两用)。从图中还训以看到，速度控制和电流控制是由专用CPU(图中的“进给控制”框)完成。位置反馈、比较等处理工作通过高速通信总线由“位控CPU'’完成。其位置偏差再由通信总线传给速度环。此外，各种参数控制及调节也由微处理器实现，特别是正弦脉宽调制变频器的矢量变换拧制也是由微处珲器完成的。
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