鉴相式伺服系统——闭环伺服系统

采用相位比较的方法实现位置闭环或半闭环控制

1.      基本组成

1) 基准信号发生器:  输出的一列具有一定频率的脉冲信号，为伺服系统提供相位比较的基准。

2).脉冲调相器(数字相位转换器) ：将进给脉冲信号转换为相位变化信号（可用正弦波或方波表示）

若没有进给脉冲信号输入，脉冲调相器的输出与基准信号发生器输出的基准信号同相位，即两者没有相位差；若有进给脉冲到来，则每输入一个正向或反向脉冲，脉冲调相器的输出将超前或滞后基准信号一个相应的相位角。

3).检测元件及信号处理线路：将工作台的位移检测出来，并表达成基准信号之间的相位差；相位差的大小代表了工作台的实际位移量。

4) .鉴相器：有两路输入信号，一是来自脉冲调相器的指令进给信号，二是来自于检测元件及信号处理线路的反馈信号；两路信号同频率、同周期；且都用它们与基倍号之间的相位差表示；鉴相器其作用是示鉴别出这两个信号之间的相位差，并输出与此相位差信号成正比的电压信号。

 5).直流放大器：对鉴相器的输出信号进行电压和功率放大，然后再去驱动执行元件。

2.鉴相式伺服系统的工作原理：

利用相位比较原理:当数控装置要求工作台沿一个方向向进给时，插补器或插补软件便产生一列进给脉冲；该进给脉冲作为指令信号送入伺服系统。

在伺服系统中，进给脉冲首先经脉冲调相器转变为相对于基准信号的相位差，设为φ（代表了指令要求工作台的进给距离）；另一方面，来自于测量元件及信号处理线路的反馈信号也表示成相对于基准信号的相位差，设为θ(代表了机床工作台实际移动的距离)。

在鉴相器中：φ 和θ进行比较；两者的差值φ–θ，称为跟随误差；跟随误差信号经电压和功率放大后，驱动执行元件带动工作台移动。

进给开始时: θ=0；

进给过程中:                 

当           时, 进给停止

3．鉴相式伺服系统的类别

若选用不同的测量元件，因其工作原理和输出的信号形式的不同，会造成了测量元件的控制及其输出信号的处理方法不同。

旋转变压器 / 或感应同步器输出正弦信号，工作时需要一组基准激磁信号；光栅则输出信号经处理后一般为方波信号，工作时不需任何激磁信号，只是在信息处理时，需要一个基准脉冲信号。选用的测量元件不同，鉴相式伺服系统的结构不同。当测量元件的输出是正弦信号，则要将脉冲调相器的输出设计成正弦信号形式或者将测量元件输出的正弦信号转换成方波信号，以保证相同形式的信号在鉴相器中进行比较。考虑到系统的整体结构和简化鉴相器结构，当测量元件的输出是方波信号时，脉冲调相器的输出设计成方波形式，两列方波信号在鉴相器中进行比较。不同的执行元件也使鉴相式伺服系统的构成有所不同。

鉴相式伺服系统的类别

(1)     以旋转变压器为测量元件的半闭环伺服系统

基准信号发生器：一方面控制脉冲调相器，使进给脉冲按一定的比例转换成相位的变化，另一方面经励磁线路产生出旋转变压器的激磁信号。

整形线路：将旋转变压器的输出变成与脉冲调相器的输出同形式的信号。

（2)以直线感应同步器为测量元件的闭环伺服系统：基本同上；但感应同步器是直接安装在机床的工作台上，位置反馈信号直接代表了工作台的实际位移，构成了闭环系统，因而精度高，但调试比半闭环系统难。

（3)以光栅为测量元件的数字相位比较伺服系统

光栅的输出信号经信号处理线路即鉴向倍频线路之后，进入它的数字相位变换器，把代表工作台实际位移的数字脉冲信号转换成与基准信号成一相位差的方波信号。

进给脉冲经它的脉冲调相器即数字相位变换器之后，变成另一与基准信号成一相位差的方波信号。

上述两路方波信号共同进入鉴相器，在鉴相器中进行比较，其差值以电压信号的形式输出。

3.鉴相式伺服系统的主要控制线路

（1)脉冲调相器

（2）鉴相器