以旋轉變壓器為測量元件的7M CNC伺服系統(tǒng)

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，將計算結果作為一個4ms的進給指令，經過計算機接口輸出。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

（5—14）

設上一個4 ms結束時指令位置為Dci-1，那么，本次4 ms的指令位置為

（5—15）

因此，本周期的伺服系統(tǒng)跟隨誤差，或稱位置偏差為

(5—16)

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

(5—17)

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。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。所以，實際的速度指令值的計算應為

(5—18)

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。數模轉換器由可預置數的減法計數器組成，定時向計數器置入速度指令值，然后以一定的速率減到零，可將數字量的速度指令值轉換為調寬脈沖MP，脈沖周期等于置數周期，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，將數模轉換器的減法計數器分成粗計數器(9~12位)和精計數器(0~8位)兩部分。兩個計數器的置數周期T均為128μs，粗計數器的計數時鐘為125 kHz，最大計數值為15；精計數器的計數時鐘為4 kHz，最大計數值為511。

調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是放大倍數為1的高輸入阻抗電路，T2將粗精調寬脈沖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。

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：

(5—19)

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

(5—20)

根據選用的執(zhí)行元件不同，VP還要轉換成驅動這些執(zhí)行元件所需的形式，即 還要經驅動放大環(huán)節(jié)，如伺服閥放大器、可控硅驅動線路等。

(2) 位置檢測組件。位置檢測組件由檢波器、電壓頻率轉換器和sin/cos發(fā)生器、實際位置計數器等電路組成，其方框圖如圖5-56所示。

由sin/cos發(fā)生器產生的8 kHz的正弦余弦電壓被送到旋轉變壓器的定子繞組(或感應同步器的滑尺)，在旋轉變壓器的轉子繞組(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送到電壓頻率轉換電路，轉換為頻率與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經同步電路后，被送到sin/cos發(fā)生器和實際位置計數器，以控制旋轉變壓器激磁信號中電氣角α的變化，并根據α角產生脈寬調制的正弦余弦電壓，同時，使計數器計數，計出的數字表示一段時間內坐標位置的移動量DFi。

電壓頻率轉換電路和低通濾波器、檢波器線路參考鑒幅式伺服系統(tǒng)。

圖5-57 脈寬調制式的sin/cos發(fā)生器的方框圖

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

此組合電壓經驅動電路加到旋轉變壓器（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

此V1和V2就是所要求的余弦和正弦調寬脈沖的波形，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°范圍內變化。用傅里葉級數分析，可得出sin和cos函數的基本成分為

(5—21)

(5—22)

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。

圖5-58 sin/cos發(fā)生器工作波形