5.4直線式感應(yīng)同步器解析課件

1、 直線式 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器主要是用在高精度數(shù)字顯示系統(tǒng)或數(shù)控閉環(huán)系統(tǒng)中用以檢測角位移或線位移信號。例如高精度伺服轉(zhuǎn)臺、雷達(dá)天線、火炮和無線電望遠(yuǎn)鏡的定位跟蹤、精密數(shù)控機(jī)床以及高精度位置檢測系統(tǒng)中。直線型感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組 成，測量直線位移，用于閉環(huán)伺服系統(tǒng)。第1頁，共20頁。1第2頁，共20頁。2直線式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)第3頁，共20頁。3直線式感應(yīng)同步器 利用兩個(gè)平面形印刷繞組，其間保持均勻氣隙 作相對平行移動(dòng)，根據(jù)交變磁場和互感原理而工作的。第4頁，共20頁。4W2片寬a2間隔b2定尺為連續(xù)繞組，節(jié)距W22(a2b2)，其中a2為導(dǎo)電片寬，b2為片間間隙，定尺節(jié)距即為檢測周期W，常

2、取W22mm?；邽榉侄卫@組，分為正弦和余弦繞組兩部分, 兩繞組的節(jié)距都為W12(a1b1)，一般取W1W2或W12W2/3。2121l1W1a1b1第5頁，共20頁。50.15 0.35mm節(jié)距2（2mm）節(jié)距（0.5mm）直線式感應(yīng)同步器的安裝結(jié)構(gòu)：二尺與導(dǎo)軌平行sincos定尺（連續(xù)感應(yīng)繞組）：固定在機(jī)床的固定部件滑尺（分段勵(lì)磁繞組：正弦+余弦）：固定在移動(dòng)部件滑尺上有正弦和余弦勵(lì)磁繞組，在空間位置上相差1/4節(jié)距，定尺和滑尺繞組的節(jié)距相同。第6頁，共20頁。6 若滑尺繞組加勵(lì)磁電壓，則由于電磁感應(yīng)而在定尺繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，其大小取決于滑尺與定尺的相對位置。直線式感應(yīng)同步器的工作原理2

3、/2E定尺正弦繞組滑尺余弦繞組VsVci1i2（當(dāng)正弦繞組與定尺繞組對齊時(shí)，余弦繞組與定尺繞組相差1/4節(jié)距。）第7頁，共20頁。7當(dāng)滑尺處于A位置，即滑 尺繞組與定尺繞組完全對應(yīng)重 合，定尺繞組線圈中穿入的磁 通最多，則定尺上的感應(yīng)電壓最大。 隨著滑尺相對定尺做平 行移動(dòng)，穿入定尺的磁通逐漸 減少，感應(yīng)電壓逐漸減小。當(dāng)滑尺移到圖中B點(diǎn)位置，與定尺 繞組剛好錯(cuò)開1/4節(jié)距時(shí)，感應(yīng)電壓為零。當(dāng)只給滑尺上正弦繞組加勵(lì)磁電壓時(shí)，定尺感應(yīng)電壓與定、滑尺的相對位置關(guān)系如圖所示第8頁，共20頁。8再移動(dòng)至1/2節(jié)距 處，即圖中C點(diǎn)位置時(shí)，定尺線 圈中穿出的磁通最多，感應(yīng)電壓最大，但極性相反。再移至 3/4

4、節(jié)距，即圖中D點(diǎn)位置時(shí)， 感應(yīng)電壓又變?yōu)榱悖?dāng)移動(dòng)一 個(gè)節(jié)距位置如圖中E點(diǎn)，又恢復(fù) 到初始狀態(tài)，與A點(diǎn)相同。在定尺移動(dòng)一個(gè)節(jié)距的過 程中，感應(yīng)電壓近似于余弦函 數(shù)變化了一個(gè)周期，如圖中ABCDE。第9頁，共20頁。9距離U第10頁，共20頁。10若勵(lì)磁電壓 uUmsint則定尺繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e ekUmcoscos t式中 Um勵(lì)磁電壓幅值(V) 勵(lì)磁電壓角頻率(rad/s) k電磁耦合系數(shù)， 與繞組間 最大互感系數(shù)有關(guān)； 滑尺繞組相對定尺繞組在空間的電氣相位角； kUm 為感應(yīng)電壓的幅值。第11頁，共20頁。11直線式 感應(yīng)同步器的信號處理原理滑尺正弦繞組上加激磁電壓Us后，與之相耦合的

5、定尺繞組上的感應(yīng)電壓為： Uos=KUScos1滑尺余弦繞組上加激磁電壓Uc后，與之相耦合的定尺繞組上的感應(yīng)電壓為： Uoc=KUccos（1+/2） =K Ucsin1第12頁，共20頁。12滑尺正、余旋繞組上同時(shí)加激磁電壓Us、 Uc時(shí)，根據(jù)疊加原理，則與之相耦合的定尺 繞組上的總感應(yīng)電壓為： Uo =Uos+ Uos=KUScos1K Ucsin1 K 電磁感應(yīng)系數(shù) 1 定尺繞組上的感應(yīng)電壓的相位角第13頁，共20頁。13感應(yīng)同步器就是利用感應(yīng)電勢的變化，來檢測在一個(gè)節(jié)距W內(nèi)的位移量，為絕對式測量。設(shè)滑尺繞組的節(jié)距為2，它對應(yīng)的感應(yīng)電勢按余弦函數(shù)規(guī)律將變化2。若滑尺的移動(dòng)距離為x，則對應(yīng)

6、于感應(yīng)電勢以余弦函數(shù)將變化 ：根據(jù)滑尺正、余旋繞組上激磁電壓Us、 Uc供電方式的不同可構(gòu)成不同檢測系統(tǒng)-鑒相型系統(tǒng)和鑒幅型系統(tǒng)。第14頁，共20頁。14直線式感應(yīng)同步器的應(yīng)用方式1）鑒相工作方式 根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來檢測位移量供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號是頻率、幅值相同，相位相差90的交流勵(lì)磁電壓 UsUmsint Uc=Um（sint+/2）=Umcost當(dāng)滑尺移動(dòng)x距離時(shí)，則定尺上的感應(yīng)電壓為 Ud1k Uscosk Umsintcos Ud2k Uccos（/2）k Umcostsin第15頁，共20頁。15應(yīng)用疊加原理得出定尺繞組中的感應(yīng)電壓為 Ud=Ud1Ud2kUmsin

7、（t） 通過鑒別定尺感應(yīng)輸出電壓的相位，即可測量定尺和滑尺之間的相對位移。Um勵(lì)磁電壓幅值(V) 勵(lì)磁電壓角頻率(rad/s) k電磁耦合系數(shù)，與繞組間 最大互感系數(shù)有關(guān)； 滑尺繞組相對定尺繞組在空間的電氣相位角； kUm 為感應(yīng)電壓的幅值。例：感應(yīng)電勢與勵(lì)磁電壓相位差=1.8，節(jié)距W=2mm， 由= 2x/W x=0.01mm第16頁，共20頁。162）鑒幅工作方式 根據(jù)定尺輸出的感應(yīng)電勢的振幅變化來檢測位移量。給滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以為同頻率、同相位，但不同幅值，即 UsUmsinsint UcUmcossint式中 勵(lì)磁電壓的給定為電氣角. 分別勵(lì)磁時(shí)，在定尺繞組上產(chǎn)生的輸出感

8、應(yīng)電勢分別為： UdskUmsin cost cos UdckUmcos cos(/2)cost kUm cos cost sin第17頁，共20頁。17根據(jù)疊加原理，定尺繞組上總輸出感應(yīng)電勢Ud為 Ud Ud s Ud c kUmsin coscost kUm cos sincost kUmsin（）sint 定尺繞組中的感應(yīng)電壓Ud的幅值為 Umsin（）若電氣角已知，則只要測量出Ud的幅值，便可間接地求出值，從而求出被測位移x的大小。當(dāng)定尺繞組中的感應(yīng)電壓Ud0時(shí)，只要逐漸改變值，使Ud0，便可求出值，從而求出被測位移x。第18頁，共20頁。18令 ，當(dāng) 很小， ， 式（6-10）可近似表示為 UdUm sint 將式 代入上式得當(dāng)位移量x很小時(shí)，感應(yīng)電壓Ud的幅值與x成正比，因此可以通過測量Ud的幅值來測定位移量x的大小。從而實(shí)現(xiàn)精確測量。第1