第九章 位置检测元件详解.ppt
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* 第九章 位置检测元件 对位置精度要求很高的控制系统,开环控制很难满足要求,必须采用闭环控制。 闭环控制系统依靠位置检测信息反馈来进行误差校正,以保证运动件的速度和位置精度。位置检测是闭环控制系统的重要组成环节。 闭环伺服控制系统对检测元件的要求有: 1)满足精度要求 2)工作可靠,抗干扰能力强。 3)能适应装置的工作环境,使用和维护方便。 4)成本低。 常用位置检测元件:差动变压器、光栅尺、感应同步器、磁尺、旋转变压器、光电编码器等 测量精度范围: 电位计 10’ 自整角机 5’ 旋转变压器 3 ’ 多极旋转变压器 20’’ 感应同步器 5’’ 光栅尺 1 ’’ 光电编码器 1 ’’ 球栅尺 3’’ 衡量位置检测元件性能的性能指标: 1)灵敏阈。 2)测量范围。 3)线性度。 4)反应速度。 5)其它:噪声水平、零位、温度漂移等。 本章介绍: 差动变压器、编码器、光栅尺、旋转变压器和感应同步器 测量方式 (1)数字式测量和模拟式测量 ①数字式测量 数字式测量是将被测的量以数字的形式来表示。测量信号一般为电脉冲,可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。如光栅位置检测装置。 ②模拟式测量。是将被测的量用连续变量来表示如电压变化、相位变化等。数控机床所用模拟式测量主要用于小量程的测量,在大量程内作精确的模拟式测量时,对技术要求较高。 (2)增量式测量和绝对式测量 ①增量式测量 增量式测量的特点是:只测位移量,如测量单位为0.01mm,则每移动0.01mm就发出一个脉冲信号。其优点是测量装置较简单,任何一个对中点都可作为测量的起点。在轮廓控制的数控机床上大都采用这种测量方式。典型的测量元件有感应同步器、光栅、磁尺等。在增量式检测系统中,移距是由测量信号计数读出的,一旦计数有误,以后的测量结果则完全错误。因此,在增量式检测系统中,基点特别重要。此外,由于某种事故(如停电、刀具损坏)而停机,当事故排除后不能再找到事故前执行部件的正确位置。 ②绝对式测量 绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起,每一个被测点都有一个相应的测量值。装置的结构较增量式复杂,如编码盘中,对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然,分辨精度要求愈高,量程愈大,则所要求的二进制位数也愈多,结构也就愈复杂。 (3)直接测量和间接测量 ①直接测量 直接测量是将检测装置直接安装在执行部件上,如光栅、感应同步器等用来直接测量工作台的直线位移,其缺点是测量装置要和工作台行程等长,因此,不便于在大型数控机床上使用。 ②间接测量 间接测量装置是将检测装置安装在滚珠丝杠或驱动电动机轴上,通过检测转动件的角位移来间接测量执行部件的直线位移。间接测量方便可靠,无长度限制。其缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差,从而影响了测量精度。 §9-1 差动变压器 一、结构原理 线圈:1—原边线圈,2、3—副边线圈(3R,3L) 微动铁心4,由测量杆5带动左右移动。 电路原理如图9-2 输出端子c、d间电位差 Eod=EL-ER 图9-2 差动变压器电路原理和输出特性。 图9-3 带相敏整流器的差动变压器电路原理和输出特性。 差动变压器电路原理和输出特性。 带相敏整流器的差动变压器电路原理和输出特性。 输出端子c、d间电位差 Eod=EL-ER 二、与计算机的连接 A/D 信号调理 CPU §9-2 光电编码器 一、增量光电编码器 信号处理装置 a b z 码盘基片 透镜 光源 光敏元件 透光狭缝 光欄板 节距τ m+τ/4 二、绝对光电编码器 1、类型 接触式、光电式、电磁式。 2、结构 1)二进制码盘 2)循环码码盘(格雷码) 特点:相邻两个数码之间只有一位变化,当安装不准确时,产生的误差只有最低一位数。 二进制码转换为格雷码:将二进制码与将其本身向右移动一位后并舍去末尾的数码作不进位加法,所得结果就是格雷码。 1000 二进制码 + 100 ———— 1100 循环码 3、分辨率 n位码盘,能分辨的角度为 a=360 / 2n (度) §9-3 光栅 一、工作原理 1)组成:光源、长短光栅尺、光电元件 2)原理: 光栅:在一条长条形光学玻璃(或金属)上均匀地刻上与运动方向垂直的线条,线条的间距(栅距)根据所需要的精度决定。刻线部分不透光(或不反射光),未刻线部分可透光(或反射光)。 栅距ω :0.02mm, 0.01mm, 0.005mm 摩尔条纹:当二块光栅尺的刻线在自身平面中相互旋转一个很小的角度θ安装时,两光栅尺的线条相交,在短光栅尺上就会出现几条
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