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提高步进式伺服驱动系统精度的措施

2018-07-20 00:00450

步进式伺服驱动系统是一个开环系统,在此系统中,步进电机的质量、机械传动部分的结构和质量以及控制电路的完善与否,均影响到系统的工作精度。要提高系统的工作精度,应从这几个方面考虑:如改善步进电机的性能,减少步距角;采用精密传动副,减少传动链中传动间隙等。但这些因素往往由于结构和工艺的关系而受到一定的限制。为此,需要从控制方法上采取一些措施,弥补其不足。

1.细分线路

所谓细分线路,是把步进电机的一步再分得细一些。如十细分线路,将原来输入一个进给脉冲步进电机走一步变为输入10个脉冲才走一步。换句话说,采用十细分线路后,在进给速度不变的情况下,可使脉冲当量缩小到原来的 。

若无细分,定子绕组的电流是由零跃升到额定值的,相应的角位移如图5--15(a)所示。采用细分后,定子绕组的电流要经过若干小步的变化,才能达到额定值,相应的角位移如图5--15(b)所示。

 

图5-15 细分前后一步角位移波形图
(a)无细分    (b)细分后

2.齿隙补偿

齿隙补偿又称反向间隙补偿。机械传动链在改变转向时,由于齿隙的存在,会引起步进电机的空走,而无工作台的实际移动。在开环伺服系统中,这种齿隙误差对于机床加工精度具有很大的影响,必须加以补偿。齿隙补偿的原理是:先测出齿隙的大小,设为 ;在加工过程中,每当检测到工作台的进给方向改变时,在改变后的方向增加 个进给脉冲指令,用以克服因步进电机的空走而造成的齿隙误差。

3.螺距误差补偿

在步进式开环伺服驱动系统中,丝杠的螺距积累误差直接影响着工作台的位移精度,若想提高开环伺服驱动系统的精度,就必须予以补偿。补偿原理如图5--16所示。通过对丝杠的螺距进行实测,得到丝杠全程的误差分布曲线。误差有正有负,当误差为正时,表明实际的移动距离大于理论的移动距离,应该采用扣除进给脉冲指令的方式进行误差的补偿,使步进电机少走一步;当误差为负时,表明实际的移动距离小于理论的移动距离,应该采取增加进给脉冲指令的方式进行误差的补偿,使步进电机多走一步。具体的做法是:

(1) 安置两个补偿杆分别负责正误差和负误差的补偿;

(2) 在两个补偿杆上,根据丝杠全程的误差分布情况及如上所述螺距误差的补偿原理,设置补偿开关或挡块;

(3) 当机床工作台移动时,安装在机床上的微动开关每与挡块接触一次,就发出一个误差补偿信号,对螺距误差进行补偿,以消除螺距的积累误差。

 

图5-16 螺距误差补偿原理
曲线1—理想的移动(没有螺距误差)     曲线2—实际的移动(有螺距的误差)
曲线3—补偿前的误差曲线         曲线4—补偿后的误差曲线

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