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数字脉冲比较式伺服系统
日期：2010年12月08 来源：沈阳第一机床厂 关键字：数控车床
随着数控技术的发展，在位置控制伺服系统中，采用数字脉冲的方法构成位置闭环控制，由于结构较为简单，受到了普遍的重视。
1数字脉冲比较系统的构成
一个数字比较系统最多可由6个主要环节组成。
•由数控装置提供的指令信号。它可以是数码信号，也可以是脉冲数字信号。
•由测量元件提供的机床工作台位置信号，它可以是数码信号，也可以是敷字脉冲信号。
•完成指令信号与测量反馈信号比较的比较器。
•数字脉冲信号与数码的相互转换部件。它依据比较嚣的功能以及指令信号和反馈信号的性质而决定取舍。
•驱动执行元件。它根据比较器的输出带动机床工作台移动。
•比较器。常用的数字比较器大致有三类：数码比较器、数字脉冲比较器、数码与数字脉冲比较器。
由于指令和反馈信号不一定能适合比较的需要，因此，在指令和比较器之间以及反馈和比较器之间有时需增加“数字脉冲—数码转换”的线路。
比较器的输出反映了指令信号和反馈信号的差值以及差值的方向。数控车床将这一输出信号放大后，控制执行元件。数控车床执行元件可以是伺服电机、液压伺服马达等。
一个具体的数字脉冲比较系统，根据指令信号和测量反馈信号的形式，以及选择的比较器的形式，可以是一个包括上述6个部分的系统，也可以仅由其中的某几部分组成。
2数字脉冲比较系统的主要功能部件
(1)数字脉冲一数码转换器
数字脉冲转换为数码。对于数字脉冲转化为数码，最简单的实现方法可用一个可逆计数器，它将输入的脉冲进行计数，以数码值输出。根据对数码形式的要求不同，可逆计数器可以是二进制的、二一十进制的或其他类型的计数器，图5-44所示是由两个二一十进制可逆计数器组成的数字脉冲一数码转换器。
数码转换为数字脉冲。对于数码转化为数字脉冲，常用的有两种方法。第一种方法是采用减法计数器组成的线路，如图5-45Fj7F,先将要转换的数码置入减法计数器，当时钟脉冲CP到来之后，一方面使减法计数器作减法if数，另～方面进入与门。
若减法计数器的内容不为'o"，该CP脉冲通过与门输出，若减法计数器的内容变为“o",则与门被关闭，CP脉冲不能通过。计数器从开始计数到减为“O”。数控车床刚好与置AW数器中数码等值的数字脉冲从与门输出，从而实现了数码—数字脉冲的转换。第二种方法是用一个脉冲乘法器，数字脉冲乘法器实质上就是将输入的二进制数码转化为等值的脉冲个数输出，其示意图如图5-46所示。
(2)比较器
在数字脉冲比较系统中，使用的比较器有多种结构，根据其功能可分为两类：一是数妈比较器；二是数字脉冲比较器。数控车床在数码比较器中，比较的是两个数码信号，而输出可以是定性的，即只指出参加比较的数谁大谁小，也可以是定量的，指出参加比较的数谁大，大多少。在数字脉冲比较器中，常用方法是带有可逆回路的可逆计数器。
3数字脉冲比较系统的工作过程
下面以用光电脉冲编码器为测量元件的数字脉冲比较系统为例说明其工作过程。数控车床光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，是目前应用最多的传感器。数控车床光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与伺服电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。数控车床此外，为判断旋转方向，码盘还j提供有相位差的两路脉冲信号。
若工作台静止，指令脉冲t=o。此时，反馈脉冲只亦为零，经比较环节得偏差。P。-P．=o，则伺服电机的转速给定为零，工作台保持静止。随着指令脉冲的输出，Pc≠0，在工作台尚未移动之前，P，仍为零，此时e:P。- Pf#0，若指令脉冲为正向进给脉冲，则e>0，由速度控制单元驱动电机带动工作台正面进给。随着电机运转，光电脉冲编码器不断将P，送人比较器与P。进行比较。若e≠。继续运行，直到e=0即反馈脉冲数等于指令脉冲数时，工作台停止在指令规定的位置上。数控车床此时，如继续给正向指令脉冲，工作台继续运动。
当指令脉冲为反向进给脉冲时，控制过程与上述过程基本类似，只是此时e<0，工作台作反向进给。
数字脉冲比较伺服系统的特点是：指令位置信号与位置检测装置的反馈信号在位置控制单元中是以脉冲、数字的形式进行比较的，比较后得到的位置偏差经D/A转换（全数字伺服系统不经D/A转换），发送给速度控制单元。
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