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1、毕业设计任务书一 设计题目 直流伺服系统 PWM 控制装置电气设计二 设计目的1) 掌握数控机床直流 PWM 前置放大装置的功能。2) 掌握直流 PWM 控制装置电路组成3) 掌握前置 PWM 硬件设计要求。三 设计要求一台 CW6132 的普通车床，利用半闭环直流驱动进行 X 轴1) 半闭环直流 PWM 控制装置原理框图设计2) 选择控制装置元器件3) 安装调试说明四 完成的技术资料要求说明详细，字迹工整，原理正确，元件选择有理.图纸规范，图形清晰，符号标准，线条均匀，用计算机画图。1) 设计图纸 装置原理图，元件安装布置图 ,接线图2) 毕业设计说明书 (15000 ，文字不少于 6000
2、 字)1) 设计题目2) 设计方案论证3) 控制原理说明4) 元件明细表5) 设计总结及改进意见6) 主要参考资料五 参考文献机床数控术基础数控技术电气自动控制原理与原理 伺服系统与机床电气控制 现代数控机床伺服系统及检测技术 半导体器件手册目录第一章 数控系统的组成及工作原理 41.1 数字控制技术 41.2 数控机床的组成及工作原理 41。3 数控机床的工作原理 6第二章 伺服驱动系统的概念 62。1 什么是伺服驱动系统 62.2 数控系统对伺服驱动系统的要求 72。3。伺服驱动系统的组成和工作原理 82。4 直流伺服驱动系统装置 9第三章 直流伺服系统 PWM 控制装置 103.1 PW
3、M 技术的基本原理 103.2 PWM 控制的基本原理 123。3 PWM 调速装置 143.4 PWM功率驱动装置系统设计 153。5 直流电机 PWM闭环调速系统 193。6 直流电机 PWM控制原理223.7 PWM 控制器在直流伺服位置系统中的运用 233.8 电机驱到部分 273。9 装置原理图及元件安装布置图 29第四章 PWM 控制装置的安装与调试 314.1 PWM 控制装置的安装环境 314。2 PWM控制装置的安装与布线 324。3 PWM控制装置的调试 334。3 全速停机试验 344.4 高速运行试验 34总结 错误!未定义书签。总结 错误!未定义书签。摘要直流伺服技术
4、是一个正在发展中的新技术领域， 具有很好的发展前景。 近半个世纪以来， 伺服控制技术及其系统在精密数控机床、加工中心、机人和工厂自动化等各个领域都有广 泛的应用。伺服控制经历了发电机一电动机系统、交磁电机、扩大机、晶闸管、集成电路 和计算机等阶段的发展过程， 至今已进入一个全新的时期 . 其主要标志在（、电气时代 2003 年第2期-）于全控型的电力电子器件组成的脉冲宽度调制 （PWM技术在伺服驱动中得到了广 泛的应用；智能功率集成电路和数字信号处理器 （DSP的出现使得伺服系统模块化和数字 化容易实现，把过去许多认为只能在理论上成立， 而在实际中无法应用的控制理论实用化。 当今高性能的伺服系
5、统几乎都有计算机参与控制。随着微电子和电力电子技术的发展，促 使各种伺服电机控制的智能化功率集成电路得到应用，使得这类系统正朝着数字化、模块 化的方向发展 .随着电力电子技术、 单片机和微型计算机的高速发展， 外围电路元件专用集 成电路的不断出现，使得直流伺服电动机控制技术有了显著进步. 这些技术领域的高速发展，可以很容易地构成高精度、快响应的直流伺服系统，因而近年来世界各国在高精度、 速度和位置控制场合 （比如机床进给伺服系统、 军用伺服 个人收集整理 ,勿做商业用途文档为个人收集整理 , 来源于网络系统），都已由电力半导体驱动装置取代了电液驱动。 特别是被人们誉为 “未来伺服驱动装 置”的
6、晶体管脉冲宽度调制（PWM直流伺服控制系统,受到了人们的普遍重视，从而得到迅 速的发展和广泛的应用 . 总而言之，微电子学的突飞猛进、 大规模集成电路的成批生产和微 型计算机的广泛使用，使得伺服控制技术获得迅速发展。其中微处理器使现代控制理论在 伺服系统中的应用得到有力的支持，架起了现代控制理论通向伺服系统领域的桥梁，大大 改善了控制性能。而电力电子学的最新成就，又促进了伺服系统的不断发展。展望未来， 新器件、新理论和新技术必将促使伺服系统朝着智能化的方向发展，赋予人工智能特性的 伺服系统以及智能控制器在近几年内必将获得广泛应用 .第一章 数控系统的组成及工作原理1.1 数字控制技术数字控制（
7、numerical control ）.简称NC是近代发展起来的用数字化信息进行控制 的自动控制技术。数字控制系统有如下特点：1）可用不同的字长表示不同的精度的信息，表达信息准确。2）可进行逻辑，算术运算，也可以进行复杂产信息处理。3） 可不用改动电路或机械机构，通过改变软件来改变信息处理的方式过程, 具有柔性 化.由于数字控制系统具有上述特点， 故被广泛应用于机械运动的轨迹控制。 例如数控机床、 工业机器人、数控线切割机、数控火花切割机、坐标测量机、绘图仪、编织机和剪裁机等。 数控系统的硬件基础是数字逻辑电中 . 最初的数控系统是由数字逻辑电路构成的， 因而被称 之国硬件数控系统。硬件数控系
8、统经历了采用电子管、 晶体管集成电路的过程 .随着计算机。 特别是微型计算机的发展，数控系统中引入了微型计算机。采用了计算机或微型机计算机 的数控系统称之为计算机数控系统 （computer numerical control ）,简称CNC.CN柔性好, 功能强、可靠性高经济性高、经济性好及易于实现机电一体化。使数控系统取而代之当前 微机技术发展很快。性能提高，价格降低，所以微机在数字控制系统中得到广泛应用。1。2 数控机床的组成及工作原理数控机床的组成 采用数控技术控制的机床， 或者说装备了数控系统的机床， 称之为 数控机床。现代数控机床都有采用计算机（微型计算机）作为控制系统 , 其组成
9、如图所示。加工程序输入装置数控系统伺服系统*辅助控制装置控系竦反馈系统（1） 程序载体数控机床是按照输入的工件加工程序运行的。工件加工程序中包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹，工艺参数（进给量、主轴转速等）和辅助运动等加工所需的 全部信息。程序载体就是存储工件加工程序的媒介物。数控机床中，常用的程序载体有穿 孔纸带、穿孔卡片、磁带各磁盘等。（2） 输入装置的作用是将程序载体内有关加工的信息读入 CNC单元。根据程序载体的不同， 相应有不同的输入装置。例如，对于穿孔纸带，配用光电阅读机；对于盒式磁带，配用录放 机；对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡等。有时为了用户方便，数控机床可以同时具备几种输
10、入装置现代数控机床。还可以通过手动方式（MDI方式），将工件加工程序，用数控系统的操作面板上的按键，直接键入 CNC单元；或者用与上级机通信方式直接将加工程序输入CNC单元。（3）CNC单元CNC单元是数控机床的核心，它包括微型计算机（CPU存储器、各种I/O接口）、通用输入输出（I/O ）外围设备（如CRT/LED显示器、键盘、操作控制面板等）以 及相应的软件。它具备的主要功能有；多坐标控制和多种函数的插补（如直线、圆弧等）；多种程序输入功能以及编辑和修改功能； 信息转换功能；补尝功能多各加工方法选择；显示 功能,用数码显示器LED可显示刀具在各坐标轴上的位置，用 CRT（阴极射线管）显示器
11、可 显示字符、轨迹平面图形和动态三维图形；自诊断功能；通迅和联网功能。（4 ）伺服系统 伺服系统是数控系统的执行部分。它接受来自CNC单元的指令信息，经功率 放大后,严格按照指令信息的要求驱动机床的运动部件， 完成指令规定的运动。伺服系统由 伺服电动机以驱动控制单元组成。它与数控机床的进给机械部件构成进给伺服系统，一般 来说数控机床的伺服系统，要求有好的快速响应性能和灵敏而准确地跟踪指令功能。（5）位置测量反馈系统 位置测量反馈分为数控机床执行部件的转角位移反馈和直线位移 反馈两种。运动部分通过传感器将上述角位移或直线位移转换成电信号， 输送给CNC单元， 与指令位置进行比较，并由CNC单元发
12、出指令，纠正所产生的误差。（6）辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收 CNC单元输出的主运动换向、变速、 启停、刀具的选择和交换 , 以及其它辅助装置动作等指令信号， 经过必要的编译、 逻辑判别、 运算和功率放大后直接驱动相应的电器， 带动机床机械部件 , 液压气功等辅助装置完成指令 规定的动作。而机床上的限位开关等开关信号经辅助控制装置处理后送 CNC单元进行处理。由于可编程控制器（PLQ具有响应快、性能可靠、易于使用、编程和修改 ，并可直接红 驱动机床电器，现已广泛作为数控机床的辅助控制装置。（7）机床的机械部件 数件机床的机式结构， 除了主运动系统、 进给系统以及辅助部分。 如液压、
13、气动、冷却和润滑部分等一般部件外 , 尚有些特殊部件 , 如储备刀具的刀库、自动 换刀装置ATC自动托盘交换装置等，与普通机床相比，数控机床的传动系统更为简单，但 机床的静态和动态刚度要求更高，传动装置的间隙要求尽可能小 , 滑动面的磨擦因数小 , 并 要有恰当的阻尼，以适应对数控机床定位精度和良好的控制性能的要求 .1。3 数控机床的工作原理数控机床与普通机床相比 , 工作原理不同处在于数控机床是按数字形式给出的指令进 行加工的。第二章 伺服驱动系统的概念2.1 什么是伺服驱动系统伺服驱动系统是CNC装置和机床的连接环节。CNC装置发出的控制信息，通过伺服驱 动系统，转换成坐标轴的运动，完成
14、程序所规定的操作。伺服驱动系统是数控机床的重 要组成部分。伺服驱动系统的作用归纳如下：1） 伺服驱动系统能放大控制信号，具有输出功率的能力；2） 伺服驱动系统根据CNC装置发出的控制信息对机床移动部件的位置和速度进 行控制。2.2 数控系统对伺服驱动系统的要求数控机床的 性能在很大程度上取决于伺服驱动系统的性能 , 对伺服驱动系统的主要 要求如下 :（1）进给调速范围要宽 调速范围 Rn 是指机床要求伺服电动机提供的最高转速 Nmax 和最低转速 Nmin之比，即Rn=Nmax/Nmin在各种数控机床中，由于加工用刀具，被加工材料及零件加工要求的不同，为保证在任何 情况下都能得到最佳切削条件，
15、就要求进给驱动必须具有足够宽的调速范围。（2）位置精度要高 使用数控机床主要 是为里解决：1.保证加工质量的稳定性、 一致性， 减少废品率 ;2。解决复杂曲面零件的加工问题 ;3 。解决复杂零件的精度加工问题， 缩短制造周期等 . 为了满足这些要求 ,关键之一是保证数控机床的定位精度和加工精 度。数控机床在加工时免除了操作者的人为误差， 他是按预定的程序进行自动加工， 不可能应付事先没有预料到的情况。就是说，数控机床不能像数控机床那样，可随 时用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响。因此，要求定位精度和轮 廓切削精度能达到数控机床要求的指标 . 为此，在位置控制中要求高的定位精度。 在 速度控制中，要求具有很高的调速精度和很强的抗干扰能力，即要求工作稳定性要好。（3）速度响应要快 为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有较 高的定位精度外， 还要求有良好的快速响应特性， 即要求跟踪指令信号的响应要快。 一方面要求过度过程时间要短，一般在200ms以内,甚至小于几十毫秒；另一方面， 要使过度过程的前沿陡，亦即上升率要大。（4）低速大转距 根据数控机床的加工特点，大都是
