以旋转变压器为测量元件的7M CNC伺服系统

2016-09-26 09:12:43来源: eefocus
1.软件部分

与7360系统的伺服控制一样,7M系统也是采用实时中断实现伺服控制的。与7360系统不同的是,7M系统的差补计算部分每8ms进行一次,计算出8ms内工作台的进给量ΔDci,而位置控制部分则每4ms计算一次,将计算结果作为一个4ms的进给指令,经过计算机接口输出。位置控制部分的计算过程为:

(1)跟随误差的计算。设上一个4ms开始时工作台的实际位置为DFi-1,从位置检测组件获得的上一个4ms内工作台实际位置增量为ΔDFi,那么本次4ms周期开始时工作台的实际位置为

(5—14)

设上一个4 ms结束时指令位置为Dci-1,那么,本次4 ms的指令位置为

(5—15)

因此,本周期的伺服系统跟随误差,或称位置偏差为

(5—16)

(2) 进给速度指令的计算。与7360系统相同,为了控制的需要,要将跟随误差转化为进给速度指令,即根据E值的大小,按下式求出进给速度指令vDA值,即

(5—17)

此外,由于位置控制系统特别是速度控制装置的零点有误差,在给定的速度指令电压为零时,速度控制装置的输出电压不为零,使直流伺服电机(执行元件)仍以慢速旋转。因此,需在软件中补加一个零点偏移补偿量ΔS,使补偿后的直流伺服电机停止旋转。所以,实际的速度指令值的计算应为

(5—18)

2.硬件部分

(1) 位置控制输出组件。位置控制输出组件线路如图5-55所示,速度指令寄存器寄存从工业处理机来的速度指令值vDA,其0~12二进制位存放速度值,第14位是符号位,最大指令值为 +8191,最小指令值为 -8191。数模转换器由可预置数的减法计数器组成,定时向计数器置入速度指令值,然后以一定的速率减到零,可将数字量的速度指令值转换为调宽脉冲MP,脉冲周期等于置数周期,脉冲宽度τ与vDA成正比。在7M系统中,为了减少电路误差对精度的影响,将数模转换器的减法计数器分成粗计数器(9~12位)和精计数器(0~8位)两部分。两个计数器的置数周期T均为128μs,粗计数器的计数时钟为125 kHz,最大计数值为15;精计数器的计数时钟为4 kHz,最大计数值为511。

调宽脉冲是不带符号的,为此,需将MP变换成可表示正负值的调宽脉冲NP。此外,为了输出电平稳定精确,还需将脉冲变换成标准幅值,完成这一功能的电 路是模拟开关。关于模拟开关电路参见鉴幅式伺服系统一节的检波器线路。

滤波放大器由运算放大器T1和T2等组成,如图5-55所示。T1是放大倍数为1的高输入阻抗电路,T2将粗精调宽脉冲NPC和NPF按16倍的比例混合,并且滤掉脉冲成分,将直流成分放大到所需的电压VP。

图5-55 位置控制输出组件线路图

按图5-55的滤波放大电路,可写出VP的计算公式:

(5—19)

当VNPC和VNPF均为2.5 V(相当于vDA=0)时,VP应为零,将各电阻值代入上式,可求得标准电压VRD为2.023 8 V。那么,VP就可表示为

(5—20)

根据选用的执行元件不同,VP还要转换成驱动这些执行元件所需的形式,即 还要经驱动放大环节,如伺服阀放大器、可控硅驱动线路等。

(2) 位置检测组件。位置检测组件由检波器、电压频率转换器和sin/cos发生器、实际位置计数器等电路组成,其方框图如图5-56所示。

由sin/cos发生器产生的8 kHz的正弦余弦电压被送到旋转变压器的定子绕组(或感应同步器的滑尺),在旋转变压器的转子绕组(或感应同步器的定尺)上感应出电压信号VC。VC作为输入信号送到检测装置,先经过10 kHz低通滤波器滤去信号的高次谐波成分和干扰信号。滤波器的输出被送到检波器,把交流信号变换为直流信号VE。再经过6 kHz低通滤波器滤去8 kHz的脉动成分,输出平滑的直流电压VF,VF送到电压频率转换电路,转换为频率与VF成正比的脉冲CVFC, VF还被送到符号检测电路,检出VF的符号SIGN。CVFC和SIGN经同步电路后,被送到sin/cos发生器和实际位置计数器,以控制旋转变压器激磁信号中电气角α的变化,并根据α角产生脉宽调制的正弦余弦电压,同时,使计数器计数,计出的数字表示一段时间内坐标位置的移动量DFi。

电压频率转换电路和低通滤波器、检波器线路参考鉴幅式伺服系统。

图5-57 脉宽调制式的sin/cos发生器的方框图

脉宽调制式的sin/cos发生器的方框图如图5-57所示。它由混合电路、两套分频比为1000的计数器和正弦余弦波形组合门电路以及驱动器等组成 。混合电路的作用是根据脉冲CVFC及其符号SIGN ,使计数器1多计脉冲CVFC所表示的数和使计数器2少计CVFC所表示的数;或使计数器1少计CVFC所表示的数和使计数器2多计CVFC所表示的数  。在混合电路中有一只J-K触发器作为计数器,所以sin/cos发生器总分频比为2000  。当计数器的计数脉冲是16 MHz时,计数器输出频率为8 KHz的方波,相当于2π rad的脉冲数为2 000,每个脉冲为π/1 000 rad。脉宽调制式的正弦余弦波形可用波形合成的方法产生。如果计数器的输出波形A滞后α角,计数器1的另一端输出B比A滞后90°;计数器2的输出C导前α角,计数器2的另一个输出D比C滞后90°。再把A,B,C,D四个波形加到组合门电路,合成E,F,G,H的工作波形,其逻辑关系为

此组合电压经驱动电路加到旋转变压器(或感应同步器)的激励绕组两端,激励绕组上实际承受的电压是两端电压的偏差值,即

此V1和V2就是所要求的余弦和正弦调宽脉冲的波形,各工作波形如图5—58所示。图中α为脉冲宽度的相角,可在0~360°范围内变化。用傅里叶级数分析,可得出sin和cos函数的基本成分为

(5—21)

(5—22)

式中为ω角频率,ω=2πf,此处,f是正弦和余弦波形的频率,本系统中采用8kHz。

图5-58 sin/cos发生器工作波形

关键字:旋转变压器  测量元件  伺服系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016092617429.html
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