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以旋轉(zhuǎn)變壓器為測量元件的7M CNC伺服系統(tǒng)

時間:2015-03-24 11:49:05來源:上海贏雙電機有限公司

導語:?以旋轉(zhuǎn)變壓器為測量元件的7M CNC伺服系統(tǒng)

1.軟件部分

與7360系統(tǒng)的伺服控制一樣,7M系統(tǒng)也是采用實時中斷實現(xiàn)伺服控制的。與7360系統(tǒng)不同的是,7M系統(tǒng)的差補計算部分每8ms進行一次,計算出8ms內(nèi)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(jié)果作為一個4ms的進給指令,經(jīng)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(nèi)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

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設上一個4 ms結(jié)束時指令位置為Dci-1,那么,本次4 ms的指令位置為

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因此,本周期的伺服系統(tǒng)跟隨誤差,或稱位置偏差為

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

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此外,由于位置控制系統(tǒng)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(zhí)行元件)仍以慢速旋轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)。所以,實際的速度指令值的計算應為

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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(yè)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,最大指令值為 +8191,最小指令值為 -8191。數(shù)模轉(zhuǎn)換器由可預置數(shù)的減法計數(shù)器組成,定時向計數(shù)器置入速度指令值,然后以一定的速率減到零,可將數(shù)字量的速度指令值轉(zhuǎn)換為調(diào)寬脈沖MP,脈沖周期等于置數(shù)周期,脈沖寬度τ與vDA成正比。在7M系統(tǒng)中,為了減少電路誤差對精度的影響,將數(shù)模轉(zhuǎn)換器的減法計數(shù)器分成粗計數(shù)器(9~12位)和精計數(shù)器(0~8位)兩部分。兩個計數(shù)器的置數(shù)周期T均為128μs,粗計數(shù)器的計數(shù)時鐘為125 kHz,最大計數(shù)值為15;精計數(shù)器的計數(shù)時鐘為4 kHz,最大計數(shù)值為511。

調(diào)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(diào)寬脈沖NP。此外,為了輸出電平穩(wěn)定精確,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(tǒng)一節(jié)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(shù)為1的高輸入阻抗電路,T2將粗精調(diào)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。

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                                                            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:

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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

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根據(jù)選用的執(zhí)行元件不同,VP還要轉(zhuǎn)換成驅(qū)動這些執(zhí)行元件所需的形式,即 還要經(jīng)驅(qū)動放大環(huán)節(jié),如伺服閥放大器、可控硅驅(qū)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(zhuǎn)換器和sin/cos發(fā)生器、實際位置計數(shù)器等電路組成,其方框圖如圖5-56所示。

以旋轉(zhuǎn)變壓器為測量元件的7M CNC伺服系統(tǒng)

圖5-56 位置檢測裝置方框圖

由sin/cos發(fā)生器產(chǎn)生的8 kHz的正弦余弦電壓被送到旋轉(zhuǎn)變壓器的定子繞組(或感應同步器的滑尺),在旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)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(jīng)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(jīng)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(zhuǎn)換電路,轉(zhuǎn)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(jīng)同步電路后,被送到sin/cos發(fā)生器和實際位置計數(shù)器,以控制旋轉(zhuǎn)變壓器激磁信號中電氣角α的變化,并根據(jù)α角產(chǎn)生脈寬調(diào)制的正弦余弦電壓,同時,使計數(shù)器計數(shù),計出的數(shù)字表示一段時間內(nèi)坐標位置的移動量DFi

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

以旋轉(zhuǎn)變壓器為測量元件的7M CNC伺服系統(tǒng)

圖5-57 脈寬調(diào)制式的sin/cos發(fā)生器的方框圖

脈寬調(diào)制式的sin/cos發(fā)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(shù)器和正弦余弦波形組合門電路以及驅(qū)動器等組成 ?;旌想娐返淖饔檬歉鶕?jù)脈沖CVFC及其符號SIGN ,使計數(shù)器1多計脈沖CVFC所表示的數(shù)和使計數(shù)器2少計CVFC所表示的數(shù);或使計數(shù)器1少計CVFC所表示的數(shù)和使計數(shù)器2多計CVFC所表示的數(shù)  。在混合電路中有一只J-K觸發(fā)器作為計數(shù)器,所以sin/cos發(fā)生器總分頻比為2000  。當計數(shù)器的計數(shù)脈沖是16 MHz時,計數(shù)器輸出頻率為8 KHz的方波,相當于2π rad的脈沖數(shù)為2 000,每個脈沖為π/1 000 rad。脈寬調(diào)制式的正弦余弦波形可用波形合成的方法產(chǎn)生。如果計數(shù)器的輸出波形A滯后α角,計數(shù)器1的另一端輸出B比A滯后90°;計數(shù)器2的輸出C導前α角,計數(shù)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(xiàn),G,H的工作波形,其邏輯關系為

以旋轉(zhuǎn)變壓器為測量元件的7M CNC伺服系統(tǒng)

此組合電壓經(jīng)驅(qū)動電路加到旋轉(zhuǎn)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

以旋轉(zhuǎn)變壓器為測量元件的7M CNC伺服系統(tǒng)

此V1和V2就是所要求的余弦和正弦調(diào)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(nèi)變化。用傅里葉級數(shù)分析,可得出sin和cos函數(shù)的基本成分為

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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(tǒng)中采用8kHz。

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圖5-58 sin/cos發(fā)生器工作波形

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