《伺服驱动系统》
实验指导书
适用专业: 机电、自动化 课程代码: 8402021 学时: 4 学分: 编写单位: 编 写 人: 肖继学 审 核 人: 审 批 人:
《伺服驱动系统》实验指导书
目 录
实验一 （实验代码1）„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 实验二 （实验代码2）„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7
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实验一 伺服驱动系统结构
一、实验目的和任务
1、 了解伺服驱动系统在数控机床中所处的位置及作用； 2、 了解伺服驱动系统的构成及其与其它部件的联系； 3、 了解伺服驱动系统各主要组成部分的作用、功能。
二、实验仪器、设备及材料
一套基于PWM的直流伺服驱动系统；一套MTC-2M FAG GR数控系统，一套型号为AC 200的具有一个主轴、三个进给运动的交流伺服驱动系统及相应的工作台，
三、实验原理 四、实验步骤
1． 直流伺服驱动系统 1 2 3 4 5 6 7
图1 直流伺服系统实物图 - 2 -
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一套基于PWM的直流伺服驱动系统如图1所示。其中“1”为直流伺服系统平台；“2”为直流伺服系统驱动电路板；“3”为直流伺服系统驱动电路板安装支架；“4”为直流伺服电动机；“5”为直流伺服电动机速度、位移信号反馈线；“6”为直流伺服电动机的驱动电源线；“7”为直流伺服电动机的安装支架。
其中，直流伺服驱动电路是整个伺服系统的核心、“大脑”。该直流伺服驱动系统的伺服驱动电路详细结构如图2所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9
图2 直流伺服驱动电路实物图 其中“1”为直流电源90V的驱动电源开关；“2”为直流电源15V的控制电源开关；“3”为220V交流电源开关；“4”为直流伺服电动机的励磁电源开关；“5”为信号、电源接口；“6”为电容；“7”为排阻；“8”为电容；“9”为直流伺服驱动电动机接口。
2． 交流伺服驱动系统
整个伺服驱动系统及工作台的总体概况如图3所示。图中，“1”为交流伺服驱动控制柜；“2”为交流伺服工作台；“3”为数控系统运行状态显示区；“4”为交流伺服驱动系统状态显示区；“5”为数控系统操作面板；“6”为交流伺服系统硬复位等按钮；“7”为工作模式选择等开关；“8”为伺服驱动系统各轴的能使开关；“9”为伺服系统紧停按钮；“10”为手摇脉冲发生器。
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《伺服驱动系统》实验指导书 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 3 4 5 6 图4 交流伺服驱动电路模块外观图 - 4 -
图3 交流伺服系统及数控系统、工作台实物图
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交流伺服驱动系统仍由交流伺服电动机和交流伺服驱动电路两大模块构成。其中，交流伺服驱动电路模块安装在如图3所示的伺服驱动控制柜里，其外观如图4所示。图中，“1”为交流伺服驱动电路的散热孔；“2”为交流伺服驱动控制柜背面板；“3”为主轴伺服驱动电路模块外观图；“4”为X轴伺服驱动电路模块外观图；“5”为Y轴伺服驱动电路模块外观图；“6”为Z轴伺服驱动电路模块外观图。
图5 交流伺服驱动电路总开关外观及其布置图 1 2 3 4
图6 交流伺服驱动电路接口布置图
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在伺服驱动控制柜里，除了有伺服驱动电路，还有如图5所示的电源总开关、如图6所示的与伺服驱动电机、数控系统联系的电源、信号接口以及变压器等附件。如图6中，“1”为输出到伺服电动机的驱动电源接口；“2”为与数控系统联系的信号、控制线以及来自于伺服电动机位移等反馈信号线；“3”为伺服驱动电路输入电源接口；“4”为变压器。
交流伺服电动机的外观及它在工作台上的位置分布如图7所示。
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10 图7 交流伺服电动机及其工作系统 图7中，“1”为工作台；“2”为纵向丝杆；“3”为纵向交流伺服电动机；“4”为横向丝杆；“5”为纵向交流伺服电源线；“6”为纵向交流伺服反馈线；“7”为横向交流伺服电动机；“8”为导轨；“9”为横向交流伺服电源线；“10”为横向交流伺服反馈线。
五、实验报告要求
严格按照西华大学规定的理工科实验报告格式、要求完成本次实验报告。
六、实验注意事项
实验中不允许触摸各种设备、器件、接头、电缆，不允许动各种开关。否则，自行负责、处理由此造成的伤、亡事故，并赔偿由此造成的设备损坏的经济损失。
七、思考题
1、 伺服驱动系统在当今数控机床中处于怎样的地位？
2、 伺服驱动系统主要由哪几部分构成，它们具有哪些主要的作用、功能？ 3、 请谈谈本次实验的体会。
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实验二 进给伺服系统误差测试
一、验目的和任务
1、 了解进给伺服系统误差测试原理；
2、 了解伺服系统增益对伺服系统运动轮廓精度的影响； 3、 认识理论分析对实践的重要指导作用。 二、 验仪器、设备及材料
一套型号为MTC-2M FAG GR的数控系统，一套型号为AC 200具有一个主轴、三个进给运动的交流伺服驱动系统及相应的工作台，一套数控系统（包含伺服驱动系统）精度测试仪。
三、实验原理 四、实验步骤
1、 伺服系统误差测试基本原理
伺服系统误差测试的基本结构如图1所示。来自于光电编码器或其它伺服电动机传感器的位置、速度信号经滤波、整形、鉴相、倍频等处理后，被送入计数接口电路，计算机在京接口电路获得这些位置、速度信号后，进行相关分析、处理，并将分析结果通过显示器输出或送往打印机打印，也可通过以太网送往远程监控系统。 位置、速度信号 信号处理电路 接口电路 PC CRT 打印机 远程在线监控系统 图1 测试系统结构框图
2、 数控系统精度测试仪
型号为CNC2000-B的数控系统精度测试仪的外观如图2所示，其操作界面如图3所示。它能进行数控系统的单脉冲、定位精度、重复定位精度、数控插补直线、数控插补圆等多种数控系统运行状态的精度测试。当然，也可以通过数控插补直线、数控插补圆的精度测试直观地观测系统增益对伺服系统运动轮廓精度的影响。经过分析，测试仪会对伺服系统的增益是否匹配给出一个结论。
3、 进给伺服系统误差测试
这里主要演示当伺服系统的增益相匹配时数控插补直线的精度如图4，数控插补圆的精度如图5，以及当伺服系统的增益相不匹配时数控插补直线的精度如图6、7，数控插补圆的精度如图8、9。
五、实验报告要求
严格按照西华大学规定的理工科实验报告格式、要求完成本次实验报告。
六、实验注意事项
实验中不允许触摸各种设备、器件、接头、电缆，不允许动各种开关。否则，自行负责、处理由此造成的伤、亡事故，并赔偿由此造成的设备损坏的经济损失。
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七、思考题
1、 从理论上分析，伺服驱动系统的增益匹配标准是什么？ 2、 伺服系统误差测试对实践有何意义？ 3、 请谈谈本次实验的体会。 图 2 数控系统运行状态测试仪CNC2000-B 外观图
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图 3 数控系统运行状态测试仪操作界面 图 4 伺服系统增益匹配时数控直线插补精度 - 9 -
《伺服驱动系统》实验指导书 图5 伺服系统增益匹配时数控圆插补精度
图 6 伺服系统增益不匹配时数控直线插补精度（1） - 10 -
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图 7 伺服系统增益不匹配时数控直线插补精度（2）
图8 伺服系统增益不匹配时数控圆插补精度（1）
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图9 伺服系统增益不匹配时数控圆插补精度（2）
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