第六章 伺服系统检测元件教材PPT课件
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伺服控制(电液伺服系统 )课件
20
（二）系统的闭环刚度特性
闭环惯性环节转折频率的无因次曲线
17
闭环振荡环节固有频率无因次曲线
当h和Kv/h较小时
nc h
18
当h和Kv/h较小时
2 nc 2 h — Kv / h
闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线
19
系统频宽主要受h和h的影响 和限制，应适当提高h和 h ， 但过大的 h会降低nc，影响响
应速度。
电液位置控制系统闭环频率特性曲线
4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率 接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很
大，阻尼系数比较高。
14
P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算
由于以上几点原因，估算时一般可用
Kv
h
3
电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定
裕量 易于保证。
6
位置比较用电压比较代替 缸
电液伺服阀 液压能源
样板 给定
xi 位移 ei 比较eg 电伺服 I
传感器
- 放大器
ef
力矩 马达
液压 放大元件
扰动
液压 xp
执行件
位移 传感器1
A 双传感器阀控位置控制系统
7
由计算机图 形代替样板
程序 ei 比较eg
给定
-
ef
电液伺服阀 液压能源
电伺服 i 放大器
力矩 马达
11
将电液伺服阀看成比例环节
Kv
Ke Kd Ka Ksv iDm
TL
K V ce
iD K m
4
s
t
1
e ce
i +
（二）系统的闭环刚度特性
闭环惯性环节转折频率的无因次曲线
17
闭环振荡环节固有频率无因次曲线
当h和Kv/h较小时
nc h
18
当h和Kv/h较小时
2 nc 2 h — Kv / h
闭环振荡环节阻尼系数无因次曲线
19
系统频宽主要受h和h的影响 和限制，应适当提高h和 h ， 但过大的 h会降低nc，影响响
应速度。
电液位置控制系统闭环频率特性曲线
4）只有在工作频率接近谐振频率h时才有稳定性问题。当工作频率 接近h时，负载压力且也将接近ps了，也就是说压力趋于饱和，Kc变得很
大，阻尼系数比较高。
14
P116页使系统满足一定稳定要求的参数估算
由于以上几点原因，估算时一般可用
Kv
h
3
电液位置伺服系统难于得到较大的幅值稳定裕量Kg，而相位稳定
裕量 易于保证。
6
位置比较用电压比较代替 缸
电液伺服阀 液压能源
样板 给定
xi 位移 ei 比较eg 电伺服 I
传感器
- 放大器
ef
力矩 马达
液压 放大元件
扰动
液压 xp
执行件
位移 传感器1
A 双传感器阀控位置控制系统
7
由计算机图 形代替样板
程序 ei 比较eg
给定
-
ef
电液伺服阀 液压能源
电伺服 i 放大器
力矩 马达
11
将电液伺服阀看成比例环节
Kv
Ke Kd Ka Ksv iDm
TL
K V ce
iD K m
4
s
t
1
e ce
i +
【精品】伺服控制系统课件
Tm Td CRma Ua
(6-6)
第6章 伺服控制系统
（2）当ω＝0时，
Tm Td CRma Ua
(6-7)
式中，Td称为启动瞬时转矩，其值也与电枢电压成
正比。
如 果 把 角 速 度 ω 看 作 是 电 磁 转 矩 Tm的 函 数 ， 即 ω=f(Tm)，则可得到直流伺服电动机的机械特性表达式
0
由图6-5可见，直流伺服电动机的机械特性是一组斜 率相同的直线簇。每条机械特性和一种电枢电压相对应， 与ω轴的交点是该电枢电压下的理想空载角速度，与Tm 轴的交点则是该电枢电压下的启动转矩。
由图6-6可见，直流伺服电动机的调节特性也是一组 斜率相同的直线簇。每条调节特性和一种电磁转矩相对 应，与Ua轴的交点是启动时的电枢电压。
1）驱动电路对机械特性的影响;
直流伺服电动机是由驱动电路供电的，假设驱动 电路的内阻是Ri，加在电枢绕组两端的控制电压是Uc， 则可画出如图6-7所示的电枢等效回路。在这个电枢等 效回路中，
Ea=Uc-Ia (Ra+Ri)
(6-10)
第6章 伺服控制系统 于是在考虑了驱动电路的影响后，直流伺服电动
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
第6章 伺服控制系统
电磁式
执
液压式
行
元
件
气压式
电动机 电磁铁 及其它
油缸
液压马 达 气缸 气压马 达
交 流 (A C )伺 服 电 动 机 直 流 (D C )伺 服 电 动 机
步进电 机 其它电 机 双金属 片
形状记 忆合金
其它
与材料 有关
图6-2 执行元件的种类
压电元 件
第6部分电液伺服控制系统32页PPT
3
6.1 概述
组成电液比例控制系统的基本元件：
1）指令元件 2）比较元件 3）电控器 4）比例阀 5）液压执行器 6）检测反馈元件
第6章 电液伺服控制系统
4
6.1 概述
6.1.2 电液比例控制系统的特点及组成
第控制的主要优点是： 1）操作方便，容易实现遥控 2）自动化程度高，容易实现编程控制 3）工作平稳，控制精度较高 4）结构简单，使用元件较少，对污染不敏感 5）系统的节能效果好。
第6章 电液伺服控制系统
8
6.2 电液比例控制基本回路
2.采用先导式比例溢流阀的调压回路
第6章 电液伺服控制系统
9
6.2 电液比例控制基本回路
3.电液比例减压控制系统
第6章 电液伺服控制系统
10
6.2 电液比例控制基本回路
6.2.2 电液比例流量控制
电液比例速度调节三种方式： 1）比例节流调速 2）比例容积调速 3）比例容积节流调速
6.3 电液比例电控技术
（2）阶跃函数发生器
（3）双路平衡电路
第6章 电液伺服控制系统
22
6.3 电液比例电控技术
（4）初始电流设定电路
第6章 电液伺服控制系统
23
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
24
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
25
6.3 电液比例电控技术
第6章 电液伺服控制系统
16
6.3 电液比例电控技术
6.3.3 比例控制放大器主要电路的构成、原理及功能
第6章 电液伺服控制系统
17
6.3 电液比例电控技术
1.电源电路 比例控制放大器电源电路主要作用：从标准电源中获得和分离出比例控制 放大器正常工作所需的各种直流稳定电源，并且在电网电压、负载电流及环境 温度允许范围内变化，保证输出直流电压的稳定性。同时，还兼有电源电压极 性反接、过流、短路自保护自恢复等非熔断式保护功能，以保证比例控制放大 器的工作可靠性。
机电一体化第六章伺服驱动控制系统设计幻灯片
③ B相断电，C相通电，转子又顺时针转过一个步 距角60°，使转子与定子C相两极对准，如图6-2
④ 再使A相绕组通电，C相绕组断电，转子又顺
时针转过60°，与A相对准。
上一页 下一页
图6-3所示为一台m=4、zr=10的步进电动机 。
图6-2 三相六拍控制方式 中的AB相通电示意图
图6-3 反应式步进电机示意图
更加简单。步进电机既是驱动元件，又是脉冲角位移变换元件。 E. 当控制脉冲数很小，细分数较大时，运行速度到达每转30分
钟。 F.体积小、自定位和价格低是步进电动机驱动控制的三大优势。 G. 步进电机控制系统抗干扰性好
上一页 下一页
二、 1. 高精度控制 2. 3. 调速范围宽、低速稳定性好 4. 快速的应变能力和过载能力强 5. 6. 三、 1. 2. 3. 4.
E. 相对步进电机驱动来说，直流伺服和交流伺服驱动的功率大，输出力 矩大，速度快〔转速高〕
上一页 下一页
② A. 步进电机的功率小，输出力矩较小，适用于中、小型机电一 B. 无论从电机还是驱动电源，体积都比较小，控制系统可以不 C. 步进电机的控制性能好，可准确地控制转子的转角和转速，
有良好的缓冲定位能力。步进电机本身就是一种脉冲式数字控制 D. 控制系统比较简单，特别是在微机控制的情况下，硬件电路
角特性上工作。由于电动机的电磁转矩大于负载转矩〔其差见图上阴
影局部〕，转子将运动至B点，此时电动机步进了一个步距角αp=α
２-α１，如图6-5所示。表达了角位移超调和振荡现象，在步进电动
机中采用合理阻尼的重要性。
正如上面所分析的，相邻相单独通电时的矩角特性曲线相差αp角， 因此画出各相的矩角特性曲线后，可根据多一样时供电情况得到相应 的矩角特性，这样就可以分析对应的步进运动和起动转矩。例如：图 6-6为四相步进电动机的单四拍和双四拍供电及矩角特性。
④ 再使A相绕组通电，C相绕组断电，转子又顺
时针转过60°，与A相对准。
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图6-3所示为一台m=4、zr=10的步进电动机 。
图6-2 三相六拍控制方式 中的AB相通电示意图
图6-3 反应式步进电机示意图
更加简单。步进电机既是驱动元件，又是脉冲角位移变换元件。 E. 当控制脉冲数很小，细分数较大时，运行速度到达每转30分
钟。 F.体积小、自定位和价格低是步进电动机驱动控制的三大优势。 G. 步进电机控制系统抗干扰性好
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二、 1. 高精度控制 2. 3. 调速范围宽、低速稳定性好 4. 快速的应变能力和过载能力强 5. 6. 三、 1. 2. 3. 4.
E. 相对步进电机驱动来说，直流伺服和交流伺服驱动的功率大，输出力 矩大，速度快〔转速高〕
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② A. 步进电机的功率小，输出力矩较小，适用于中、小型机电一 B. 无论从电机还是驱动电源，体积都比较小，控制系统可以不 C. 步进电机的控制性能好，可准确地控制转子的转角和转速，
有良好的缓冲定位能力。步进电机本身就是一种脉冲式数字控制 D. 控制系统比较简单，特别是在微机控制的情况下，硬件电路
角特性上工作。由于电动机的电磁转矩大于负载转矩〔其差见图上阴
影局部〕，转子将运动至B点，此时电动机步进了一个步距角αp=α
２-α１，如图6-5所示。表达了角位移超调和振荡现象，在步进电动
机中采用合理阻尼的重要性。
正如上面所分析的，相邻相单独通电时的矩角特性曲线相差αp角， 因此画出各相的矩角特性曲线后，可根据多一样时供电情况得到相应 的矩角特性，这样就可以分析对应的步进运动和起动转矩。例如：图 6-6为四相步进电动机的单四拍和双四拍供电及矩角特性。
机床数控技术第3版教学课件ppt作者胡占齐6
YANSHAN UNIVERSITY
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第6章 数控机床的伺服系统
定子上有六个磁极，每个磁极 上绕有励磁绕组，每相对的两个 磁极组成一相，分成A、B、C三 相。转子无绕组，它是由带齿的 铁心做成的。步进电机是按电磁 吸引的原理进行工作的。当定子 绕组按顺序轮流通直流电时，A、 B、C三对磁极就依次产生磁场， 并每次对转子的某一对齿产生电 磁引力，将其吸引过来，而使转 子一步步转动。每当转子某一对 齿的中心线与定子磁极中心线对 齐时，磁阻最小，转矩为零。如 果控制线路不停地按一定方向切 换定子绕组各相电流，转子便按 一定方向不停地转动。步进电机 每次转过的角度称为步距角。
第6章 数控机床的伺服系统
电主轴
YANSHAN UNIVERSITY
第6章 数控机床的伺服系统
YANSHAN UNIVERSITY
二、交流电机的速度控制
(一)交流电机的调速 据电机学知，交流异步电机的转速表达式为
n 60 f1 1 s
p
(r/min）
交流同步电机的转速表达式为
n 60 f1
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第6章 数控机床的伺服系统
四、 开环控制步进式伺服系统的工作原理
1. 工作台位移量的控制
数控装置发出N个脉冲，经驱动线路放大后，使步进电机定子绕
组通电状态变化N次，如果一个脉冲使步进电机转过的角度为α，则步 进电机转过的角位移量Φ＝Nα，再经减速齿轮、丝杠、螺母之后转变 为工作台的位移量L.
第6章 数控机床的伺服系统
第一节 伺服系统的基本概念
一、伺服系统的基本概念
进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台）的位 置和速度作为控制量的自动控制系统，通常由伺服驱 动装置、伺服电机、机械传动机构等部件组成。
伺服系统中的位置检测技术ppt.
伺服系统中的位置检测技术
一、伺服系统 二、光电编码器 三、总结与体会
伺服系统
定义：以物体的位置、方位、姿势等作为被 控量，使之能跟踪目标值任意变化的 控制系统；
（使输出量能够以一定的准确度跟随输入量的变化而变化的系统） （数控机床的伺服系统指以机床移动部件位置和速度作为控制量的自动控制系统）
else --temp<=data1; temp:=data1; if data2<temp then --temp<=data2; temp:=data2; end if; if data3<temp then --temp<=data3; temp:=data3; end if; if data4<temp then --temp<=data4; temp:=data4; end if; result<=temp;
信号与变量
信号：通常用来代表硬件电路中的一条硬
件连接线；（<=） 变量：主要用于局部数据的暂时存储；（:=）
主要区别：
1、立即、无延迟
；
2、只有当前值
；
3、data1:=data;
data2:=data1;源自那么此时data、data1 data2其实是相等的；
有一定延迟 不但具有当前值，还具有历史信息
2、高效率的三项逆变电源； 3、高可靠性设计； 4、高分辨率的位置传感器；
位置传感器的性能直接影响到伺服系统的性 能。
分类
开环、半闭环、全闭环、混合型
1、伺服系统的控制精度在很大程度上取 决于所用的测量元件的精度。
2、在伺服系统中，电机转子位置一般采 用以下几种方法： 电位器 旋转变压器 感应同步器 光电编码器
一、伺服系统 二、光电编码器 三、总结与体会
伺服系统
定义：以物体的位置、方位、姿势等作为被 控量，使之能跟踪目标值任意变化的 控制系统；
（使输出量能够以一定的准确度跟随输入量的变化而变化的系统） （数控机床的伺服系统指以机床移动部件位置和速度作为控制量的自动控制系统）
else --temp<=data1; temp:=data1; if data2<temp then --temp<=data2; temp:=data2; end if; if data3<temp then --temp<=data3; temp:=data3; end if; if data4<temp then --temp<=data4; temp:=data4; end if; result<=temp;
信号与变量
信号：通常用来代表硬件电路中的一条硬
件连接线；（<=） 变量：主要用于局部数据的暂时存储；（:=）
主要区别：
1、立即、无延迟
；
2、只有当前值
；
3、data1:=data;
data2:=data1;源自那么此时data、data1 data2其实是相等的；
有一定延迟 不但具有当前值，还具有历史信息
2、高效率的三项逆变电源； 3、高可靠性设计； 4、高分辨率的位置传感器；
位置传感器的性能直接影响到伺服系统的性 能。
分类
开环、半闭环、全闭环、混合型
1、伺服系统的控制精度在很大程度上取 决于所用的测量元件的精度。
2、在伺服系统中，电机转子位置一般采 用以下几种方法： 电位器 旋转变压器 感应同步器 光电编码器
伺服系统常用传感器及检测装置94页PPT
伺服系统常用传感器及检测装置
6ห้องสมุดไป่ตู้法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
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位置检测装置的分类 按检测元件输出信号类型：数字式、模拟式、脉冲式 按检测量测量基准：绝对式、增量式 按被测位移量类型：直线式、回转式 按与被测对象联系方式：接触式、非接触式
常用的传感器：旋转变压器，感应同步器，光栅，光电盘和编 码盘
回转型：脉冲编码器，旋转变压器，圆感应同步器，圆光栅，磁栅，多 速旋转变压器，绝对脉冲编码器，三速感应同步器
闭环、实 位 反闭半际置馈环闭数环控进机给床伺的服实 速 反加际 度 馈系工统精的度重在要很组大成电机程部度分上。是由位
置检测装置的精度检决测与定反的馈 ，在设计数控机床进给伺服
单元
系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择
位置检测装置。
综述
位置检测元件的性能要求 可靠性、抗干扰能力和环境适应能力强 满足精度、速度和测量范围的要求 使用维护方便，便于与CNC系统相联 成本↓，寿命↑
U s U m s int和 U c U m c o st
相应的感应电动势分别为：
ud1 kUmcoscost
ud2
kUm
cos(
)sint
2
应用叠加原理，定尺上感应电动势为：
ud ud1 ud2
kUm cos cost kUm sin sint
kUm cos(t )
kUm
cos(t
直线型：直线感应同步器，计量光栅，磁尺，激光干涉仪，三速感应同 步器，绝对值式磁尺。
综述
分类
增量式
绝对式
回转型——脉冲编码器、 多极旋转变压器 、
自整角机 、旋转变压度传感式光栅 、 三速圆感应同
器 、圆光栅、圆磁栅
步器 、磁阻式多极旋转
传感器
它们在转子的绕组中产生感应电压，并叠加得：
u 2 km U sin si tn si nkm U c ossi tn c os kco s )U (m si tn
由上式中可以看出，电压的幅值随转子的偏转角的变
化而变化，测量幅值即可求出θ。α为电相角，通过不断 修改电相角，使其跟踪θ的变化。
二、感应同步器
第五章 伺服系统检测元件
综述（数控机床检测装置的类型与要求
位 置 控及制位置检测装速 置度 控的制分类 ）
CN 单元
单元
C插 + 一、位旋置转控制变压+器 速度控制
补 指令
二- 、感调节应器同步器-
调节与驱动
机械执行 部件
三四实位反、、际置馈 光磁栅尺测量装实 速 反置际 度 馈
电 机
五、脉冲编检码测单器与元反馈
变压器
直线型——直线应同步 三速感应同步器 、 器 、光栅尺、磁栅尺 、激 绝对值磁尺、光电编码 光干涉仪 霍耳位置传感器 尺 、磁性编码器
速度
交、直流测速发电机 、 速度 角度传感器
—
传感器 数字脉编码式速度传感器 、（Tachsyn）、数字电
霍耳速度传感器
磁、磁敏式速度传感器
电流 霍耳电流传感器
传感器
一、旋转变压器
1、工作原理 2、工作方式
1、工作原理
旋转变压器根据互感原理，在定子绕组上加交流励磁电 压时，通过互感在转子绕组中产生感应电动势。关系为：
u 2 k1s ui nkm U sitn sin
式中： k为定子与转子
绕组的匝数 比; Um电：压最大瞬时 θ ：两绕组轴 线间夹角。
2
W
x)
式中θ为滑尺绕组相对于定尺绕组的空间相位角。如两
尺相对位移为x，绕组节距为W，则相位角θ为：
2 x W
（2）鉴幅型
如滑尺上正余弦 绕组分别能以同 频同相但幅值不 等的交流励磁电
uc ucm sint和us usmsint ucm Um cos1 usm Um sin1
压：
1为给定的电相角
1、感应同步器的结构： 感应同步器按结构可 分为直线式和旋转式 两种。 直线式主要包括定尺 和滑尺两部分组成， 定尺上为连续绕组， 滑尺上为分段绕组。 相当于一个展开的多 极旋转变压器。
W W/4
2、感应同步器的工作原理
当励磁绕组用一定频率的正弦电压励磁时，产生 同频率的交变磁通，感应绕组与这个交变磁通耦 合，感应出同频率的交变电动势。
机床中常用 正余弦旋转 变压器
2、工作方式
1）旋转变压器的信号处理方式有两种：鉴相型工作方式和 鉴幅型工作方式。
2）鉴相型工作方式 ：当给定子两绕组分别通以同幅，同频 但相位相差90度的交流励磁电压，即
u1s Um sint u1c Um cost
它们在转子的绕组中产生感应电压，并叠加得：
u2kU msin tsinkU mco tsco s kU mcots()
测量转子绕组输出电压的相位角θ即可测得转子相对于定子 的转角位置。
2、工作方式
3）鉴幅型工作方式：当给定子两绕组分别通以同频同相位 但幅值不同的交流励磁电压，即
u u1 1c s U U c sm m s sii n ntt,式 中 U U c sm m ： U U m mc sio ns
ud
kusm
cos
cost
kucm
cos(
)cost
2
应用叠加 原理，定
k(usm cos ucm sin)cost
尺上感应 kUm sin(1 )cost
电动势为： kUm sin(1
2
W
x)cost
故定尺的感应电压的大小为：
|ud|kU msin 1 ()
当：1 时，ud 0 ，故在滑尺移动中出现的该点称为节距零点。
3、信号处理
根据精度和工作要求不同，主要有鉴相型 工作方式和鉴幅型工作方式
鉴相型：根据被测对象的信号相位角来鉴别位 移量
鉴幅型：根据被测对象的信号振幅来鉴别信号 位移量
（1）鉴相型
使滑尺上余弦和正弦绕组的配置错开1/4定 尺节距的距离，而且使两个绕组的励磁电压 同频等幅，彼此相差90度电相角，则励磁 信号分别为：
若改变滑尺的位置使1 ，则在定尺上出现感应电压
ud kUmsin(1)cost kUmsincost
综述
组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信
位号置处控理制装置组成的速。度 控 制
CN 单元作用：实时测量单执元行部件的位移和速度信号，并变
C插 补
换+ 成位- 置位控调置制节控器单制 元所+ 要- 求的调速节信度与控号驱制动形式，将运机部件械动执部行件现
指令 实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。它是
常用的传感器：旋转变压器，感应同步器，光栅，光电盘和编 码盘
回转型：脉冲编码器，旋转变压器，圆感应同步器，圆光栅，磁栅，多 速旋转变压器，绝对脉冲编码器，三速感应同步器
闭环、实 位 反闭半际置馈环闭数环控进机给床伺的服实 速 反加际 度 馈系工统精的度重在要很组大成电机程部度分上。是由位
置检测装置的精度检决测与定反的馈 ，在设计数控机床进给伺服
单元
系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择
位置检测装置。
综述
位置检测元件的性能要求 可靠性、抗干扰能力和环境适应能力强 满足精度、速度和测量范围的要求 使用维护方便，便于与CNC系统相联 成本↓，寿命↑
U s U m s int和 U c U m c o st
相应的感应电动势分别为：
ud1 kUmcoscost
ud2
kUm
cos(
)sint
2
应用叠加原理，定尺上感应电动势为：
ud ud1 ud2
kUm cos cost kUm sin sint
kUm cos(t )
kUm
cos(t
直线型：直线感应同步器，计量光栅，磁尺，激光干涉仪，三速感应同 步器，绝对值式磁尺。
综述
分类
增量式
绝对式
回转型——脉冲编码器、 多极旋转变压器 、
自整角机 、旋转变压度传感式光栅 、 三速圆感应同
器 、圆光栅、圆磁栅
步器 、磁阻式多极旋转
传感器
它们在转子的绕组中产生感应电压，并叠加得：
u 2 km U sin si tn si nkm U c ossi tn c os kco s )U (m si tn
由上式中可以看出，电压的幅值随转子的偏转角的变
化而变化，测量幅值即可求出θ。α为电相角，通过不断 修改电相角，使其跟踪θ的变化。
二、感应同步器
第五章 伺服系统检测元件
综述（数控机床检测装置的类型与要求
位 置 控及制位置检测装速 置度 控的制分类 ）
CN 单元
单元
C插 + 一、位旋置转控制变压+器 速度控制
补 指令
二- 、感调节应器同步器-
调节与驱动
机械执行 部件
三四实位反、、际置馈 光磁栅尺测量装实 速 反置际 度 馈
电 机
五、脉冲编检码测单器与元反馈
变压器
直线型——直线应同步 三速感应同步器 、 器 、光栅尺、磁栅尺 、激 绝对值磁尺、光电编码 光干涉仪 霍耳位置传感器 尺 、磁性编码器
速度
交、直流测速发电机 、 速度 角度传感器
—
传感器 数字脉编码式速度传感器 、（Tachsyn）、数字电
霍耳速度传感器
磁、磁敏式速度传感器
电流 霍耳电流传感器
传感器
一、旋转变压器
1、工作原理 2、工作方式
1、工作原理
旋转变压器根据互感原理，在定子绕组上加交流励磁电 压时，通过互感在转子绕组中产生感应电动势。关系为：
u 2 k1s ui nkm U sitn sin
式中： k为定子与转子
绕组的匝数 比; Um电：压最大瞬时 θ ：两绕组轴 线间夹角。
2
W
x)
式中θ为滑尺绕组相对于定尺绕组的空间相位角。如两
尺相对位移为x，绕组节距为W，则相位角θ为：
2 x W
（2）鉴幅型
如滑尺上正余弦 绕组分别能以同 频同相但幅值不 等的交流励磁电
uc ucm sint和us usmsint ucm Um cos1 usm Um sin1
压：
1为给定的电相角
1、感应同步器的结构： 感应同步器按结构可 分为直线式和旋转式 两种。 直线式主要包括定尺 和滑尺两部分组成， 定尺上为连续绕组， 滑尺上为分段绕组。 相当于一个展开的多 极旋转变压器。
W W/4
2、感应同步器的工作原理
当励磁绕组用一定频率的正弦电压励磁时，产生 同频率的交变磁通，感应绕组与这个交变磁通耦 合，感应出同频率的交变电动势。
机床中常用 正余弦旋转 变压器
2、工作方式
1）旋转变压器的信号处理方式有两种：鉴相型工作方式和 鉴幅型工作方式。
2）鉴相型工作方式 ：当给定子两绕组分别通以同幅，同频 但相位相差90度的交流励磁电压，即
u1s Um sint u1c Um cost
它们在转子的绕组中产生感应电压，并叠加得：
u2kU msin tsinkU mco tsco s kU mcots()
测量转子绕组输出电压的相位角θ即可测得转子相对于定子 的转角位置。
2、工作方式
3）鉴幅型工作方式：当给定子两绕组分别通以同频同相位 但幅值不同的交流励磁电压，即
u u1 1c s U U c sm m s sii n ntt,式 中 U U c sm m ： U U m mc sio ns
ud
kusm
cos
cost
kucm
cos(
)cost
2
应用叠加 原理，定
k(usm cos ucm sin)cost
尺上感应 kUm sin(1 )cost
电动势为： kUm sin(1
2
W
x)cost
故定尺的感应电压的大小为：
|ud|kU msin 1 ()
当：1 时，ud 0 ，故在滑尺移动中出现的该点称为节距零点。
3、信号处理
根据精度和工作要求不同，主要有鉴相型 工作方式和鉴幅型工作方式
鉴相型：根据被测对象的信号相位角来鉴别位 移量
鉴幅型：根据被测对象的信号振幅来鉴别信号 位移量
（1）鉴相型
使滑尺上余弦和正弦绕组的配置错开1/4定 尺节距的距离，而且使两个绕组的励磁电压 同频等幅，彼此相差90度电相角，则励磁 信号分别为：
若改变滑尺的位置使1 ，则在定尺上出现感应电压
ud kUmsin(1)cost kUmsincost
综述
组成：位置测量装置是由检测元件（传感器）和信
位号置处控理制装置组成的速。度 控 制
CN 单元作用：实时测量单执元行部件的位移和速度信号，并变
C插 补
换+ 成位- 置位控调置制节控器单制 元所+ 要- 求的调速节信度与控号驱制动形式，将运机部件械动执部行件现
指令 实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。它是