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              文章詳情

              以旋轉變壓器為測量元件的7M CNC伺服系統

              日期:2022-08-03 15:23
              瀏覽次數:3203
              摘要: 1.軟件部分 與7360系統的伺服控制一樣,7M系統也是采用實時中斷實現伺服控制的。與7360系統不同的是,7M系統的差補計算部分每8ms進行一次,計算出8ms內工作臺的進給量ΔDci,而位置控制部分則每4ms計算一次,將計算結果作為一個4ms的進給指令,經過計算機接口輸出。位置控制部分的計算過程為: (1)跟隨誤差的計算。設上一個4ms開始時工作臺的實際位置為DFi-1,從位置檢測組件獲得的上一個4ms內工作臺實際位置增量為ΔDFi,那么本次4ms周期開始時工作臺的實際位置為 (5—14) 設上一個4 ms結束時指...

              1.軟件部分

              與7360系統的伺服控制一樣,7M系統也是采用實時中斷實現伺服控制的。與7360系統不同的是,7M系統的差補計算部分每8ms進行一次,計算出8ms內工作臺的進給量ΔDci,而位置控制部分則每4ms計算一次,將計算結果作為一個4ms的進給指令,經過計算機接口輸出。位置控制部分的計算過程為:

              (1)跟隨誤差的計算。設上一個4ms開始時工作臺的實際位置為DFi-1,從位置檢測組件獲得的上一個4ms內工作臺實際位置增量為ΔDFi,那么本次4ms周期開始時工作臺的實際位置為

                   (5—14)

              設上一個4 ms結束時指令位置為Dci-1,那么,本次4 ms的指令位置為

                   (5—15)

              因此,本周期的伺服系統跟隨誤差,或稱位置偏差為

                      (5—16)

              (2) 進給速度指令的計算。與7360系統相同,為了控制的需要,要將跟隨誤差轉化為進給速度指令,即根據E值的大小,按下式求出進給速度指令vDA值,即

                      (5—17)

              此外,由于位置控制系統特別是速度控制裝置的零點有誤差,在給定的速度指令電壓為零時,速度控制裝置的輸出電壓不為零,使直流伺服電機(執行元件)仍以慢速旋轉。因此,需在軟件中補加一個零點偏移補償量ΔS,使補償后的直流伺服電機停止旋轉。所以,實際的速度指令值的計算應為

                      (5—18)

              2.硬件部分

              (1) 位置控制輸出組件。位置控制輸出組件線路如圖5-55所示,速度指令寄存器寄存從工業處理機來的速度指令值vDA,其0~12二進制位存放速度值,第14位是符號位,*大指令值為 +8191,*小指令值為 -8191。數模轉換器由可預置數的減法計數器組成,定時向計數器置入速度指令值,然后以一定的速率減到零,可將數字量的速度指令值轉換為調寬脈沖MP,脈沖周期等于置數周期,脈沖寬度τ與vDA成正比。在7M系統中,為了減少電路誤差對精度的影響,將數模轉換器的減法計數器分成粗計數器(9~12位)和精計數器(0~8位)兩部分。兩個計數器的置數周期T均為128μs,粗計數器的計數時鐘為125 kHz,*大計數值為15;精計數器的計數時鐘為4 kHz,*大計數值為511。

              調寬脈沖是不帶符號的,為此,需將MP變換成可表示正負值的調寬脈沖NP。此外,為了輸出電平穩定**,還需將脈沖變換成標準幅值,完成這一功能的電 路是模擬開關。關于模擬開關電路參見鑒幅式伺服系統一節的檢波器線路。

              濾波放大器由運算放大器T1和T2等組成,如圖5-55所示。T1是放大倍數為1的高輸入阻抗電路,T2將粗精調寬脈沖NPC和NPF按16倍的比例混合,并且濾掉脈沖成分,將直流成分放大到所需的電壓VP

               

              圖5-55 位置控制輸出組件線路圖

              按圖5-55的濾波放大電路,可寫出VP的計算公式:

                      (5—19)

              當VNPC和VNPF均為2.5 V(相當于vDA=0)時,VP應為零,將各電阻值代入上式,可求得標準電壓VRD為2.023 8 V。那么,VP就可表示為

                        (5—20)

              根據選用的執行元件不同,VP還要轉換成驅動這些執行元件所需的形式,即 還要經驅動放大環節,如伺服閥放大器、可控硅驅動線路等。

              (2) 位置檢測組件。位置檢測組件由檢波器、電壓頻率轉換器和sin/cos發生器、實際位置計數器等電路組成,其方框圖如圖5-56所示。

              圖5-56 位置檢測裝置方框圖

              由sin/cos發生器產生的8 kHz的正弦余弦電壓被送到旋轉變壓器的定子繞組(或感應同步器的滑尺),在旋轉變壓器的轉子繞組(或感應同步器的定尺)上感應出電壓信號VC。VC作為輸入信號送到檢測裝置,先經過10 kHz低通濾波器濾去信號的高次諧波成分和干擾信號。濾波器的輸出被送到檢波器,把交流信號變換為直流信號VE。再經過6 kHz低通濾波器濾去8 kHz的脈動成分,輸出平滑的直流電壓VF,VF送到電壓頻率轉換電路,轉換為頻率與VF成正比的脈沖CVFC, VF還被送到符號檢測電路,檢出VF的符號SIGN。CVFC和SIGN經同步電路后,被送到sin/cos發生器和實際位置計數器,以控制旋轉變壓器激磁信號中電氣角α的變化,并根據α角產生脈寬調制的正弦余弦電壓,同時,使計數器計數,計出的數字表示一段時間內坐標位置的移動量DFi

              電壓頻率轉換電路和低通濾波器、檢波器線路參考鑒幅式伺服系統。

               

              圖5-57 脈寬調制式的sin/cos發生器的方框圖

              脈寬調制式的sin/cos發生器的方框圖如圖5-57所示。它由混合電路、兩套分頻比為1000的計數器和正弦余弦波形組合門電路以及驅動器等組成 。混合電路的作用是根據脈沖CVFC及其符號SIGN ,使計數器1多計脈沖CVFC所表示的數和使計數器2少計CVFC所表示的數;或使計數器1少計CVFC所表示的數和使計數器2多計CVFC所表示的數  。在混合電路中有一只J-K觸發器作為計數器,所以sin/cos發生器總分頻比為2000  。當計數器的計數脈沖是16 MHz時,計數器輸出頻率為8 KHz的方波,相當于2π rad的脈沖數為2 000,每個脈沖為π/1 000 rad。脈寬調制式的正弦余弦波形可用波形合成的方法產生。如果計數器的輸出波形A滯后α角,計數器1的另一端輸出B比A滯后90°;計數器2的輸出C導前α角,計數器2的另一個輸出D比C滯后90°。再把A,B,C,D四個波形加到組合門電路,合成E,F,G,H的工作波形,其邏輯關系為

              此組合電壓經驅動電路加到旋轉變壓器(或感應同步器)的激勵繞組兩端,激勵繞組上實際承受的電壓是兩端電壓的偏差值,即

              此V1和V2就是所要求的余弦和正弦調寬脈沖的波形,各工作波形如圖5—58所示。圖中α為脈沖寬度的相角,可在0~360°范圍內變化。用傅里葉級數分析,可得出sin和cos函數的基本成分為

                      (5—21)

                      (5—22)

              式中為ω角頻率,ω=2πf,此處,f是正弦和余弦波形的頻率,本系統中采用8kHz。

              圖5-58 sin/cos發生器工作波形

              勝格電氣(上海)有限公司專業生產旋轉變壓器,技術成熟,旋變穩定

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