精密滚珠丝杠伺服加载实验系统的设计(6)
(3)电机自身的运动惯性与负载的惯量匹配；
(4)在低速范围内，转矩波动小；
(5)体积小、重量轻；
(6)易于文护保养；
(7)环境适应性良好；
(8)与控制装置接口方便。
随着交流伺服驱动技术的日益发展，交流伺服电机在越来越多的场合替代传统的直流伺服电机。交流伺服电机比直流伺服电机有着更优越的性能，因此在丝杠测量仪主轴控制系统中选择交流伺服电机代替直流伺服电机。
3.1.3 伺服系统的控制方案设计
设计的控制系统框图如下图3.1所示
图3.1 主轴系统控制框图
本课题的实验中可以设定丝杠运动的加速度、目标速度、运行距离等参数，这些参数功能的实现需要通过电机运动控制卡完成。运动控制卡的型号在这里我们选用深圳固高公司的GT200-SV-PCI。主机对运动控制卡发出指令，控制卡转换为对应的控制命令传递给驱动器，驱动器产生一定比例的控制电流传递到伺服电机的线圈执行相应的动作，伺服电机的运动带动编码器的转动，编码器将电机实际运动情况反馈给驱动器，驱动器不断调整控制电流最终达到主机指令的控制要求。
电机控制采用速度控制模式。该模式的特点是通过固高控制卡的D/A转换产生控制电压．控制电压连接到驱动器的电压输入端口。电压的太小决定电机主轴旋转速度．正负决定电机主轴旋转的方向。电机运转的圈数通过电机码盘的反馈传给驱动器，反馈信号和控制信号不断比较，最终两信号趋于一致，电机达到了控制所要求的旋转圈数后停止转动。整个电机控制系统为一个位置伺服系统。位置伺服系统的结构示意图如图3.2。如果只有驱动装置的反馈就构成半闭环控制系统，如果两路传感器反馈均存在，则为全闭环控制系统。
图3.2 位置伺服系统结构示意图
本测试实验系统中的电机控制的基本结构和上图相同。控制系统中只使用了电机码盘的反馈因此为半闭环控制系统。电机控制系统框图见图3.3。该控制系统的长光栅位置反馈并没有连接到电机控制卡，而是作为运算丝杠定位精度的一路基准参考位置，其不构成反馈结构，整个控制系统的外环仍为开环结构，不构成完全意义上的闭环控制系统。
图3.3 电机控制系统结构框图
3.2 性能参数测试方案
3.2.1 温度测试方案
丝杠与螺母及丝杠与固定轴承间存在预紧力，一方面要提高滚珠丝杠副安装的刚性就需要加大预紧力，另一方面随着预紧力的加大，丝杠螺母的摩擦力矩也增大，摩擦必然导致温度的升高，温度的变化带来的就是热变形，从而影响了滚珠丝杠副的定位精度。JB/T10890.1-2008中规定，通过采集滚珠丝杠副在运行一段时间后丝杠表面的温度，当外径上各采集点的温度上升幅度每小时不超过3℃时，可认为达到稳定温度[24]。图3.4为四路温度传感器测试系统，前三路用于检测丝杠运行中的温升情况，第四路温度传感器测量环境温度，提供一个比较的基准。
图3.4 被测点的分布图
为了方便传感器的安装，选择具有磁铁接触面的安装方式，没有使用传统埋入安装方式。这种安装方式的优点是直接将传感器吸合在待测测量面上，使温度敏感元件和待测面可靠接触，而传统埋入安装方式需要打孔安装不方便。传感器的安装如图3.5所示。
图3.5 温度传感器安装方式
温度传感器应具有0.1℃或更高的分辨率。滚珠丝杠副属于轴类零件，传统测量方法中采用在轴上粘贴或者捆绑温度计，每隔一段时间记录一次温度值，这种情况下测量结果不能真实反映实际温度变化，误差很大，而且记录也非常不方便。