在數(shù)控機(jī)床中的進(jìn)給伺服系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，外加一個(gè)位置控制環(huán)構(gòu)成的，在直流伺服系統(tǒng)中，常用的有晶閘管調(diào)速系統(tǒng)和晶體管PWM脈寬調(diào)制系統(tǒng)兩類(lèi)。在直流伺服系統(tǒng)中，現(xiàn)在大多采用永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)。

     直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性公式為

     公式中n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；Ua為電動(dòng)機(jī)電樞端電壓；Ce為反電勢(shì)常數(shù)；φ為電動(dòng)機(jī)磁通量；Ra為電樞電阻；Cm為力矩常數(shù)；M為電磁轉(zhuǎn)矩。

     因此直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法，可以有三種方法：

   （1）改變Ua,即改變電樞電壓，此方法可得到調(diào)速范圍較寬的恒轉(zhuǎn)矩特性，適用于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)的低速段。

   （2）改變磁通量φ，此方法可得到恒功率特性，它不適用于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，且永磁式直流電動(dòng)機(jī)φ是不可變的。

   （3）改變電樞回路的電阻Ra，此方法得到的機(jī)械特性較軟，且不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，也不適用于數(shù)控機(jī)床。

    在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，實(shí)際均采用的是改變電樞電壓Ua的調(diào)速方法。

    1．晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)

    圖1所示為晶閘管雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的框圖。該系統(tǒng)由電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)雙環(huán)組成。圖中的速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均是由線(xiàn)性集成放大器和阻容元件構(gòu)成的PI調(diào)節(jié)器。I_R為電流環(huán)的輸入值，來(lái)自速度調(diào)節(jié)器的輸出。I_F為電流的反饋值，檢測(cè)的是電動(dòng)機(jī)電樞回路電流。V_R是速度環(huán)的給定值，來(lái)自CNC系統(tǒng)的運(yùn)算結(jié)果再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后的模擬量參考值，一般取0-±10V直流電壓。速度反饋元件可以采用測(cè)速發(fā)電機(jī)或脈沖編碼器直接裝到電動(dòng)機(jī)的軸上，測(cè)速發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓U_f，直接可以和U_r進(jìn)行比較；而脈沖編碼器發(fā)出的脈沖頻率要經(jīng)過(guò)頻率/電壓變換，轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量的電壓值，再與Ur進(jìn)行比較。

圖1 晶閘管雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的框圖

    在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，最外環(huán)（速度環(huán)）起主導(dǎo)作用，當(dāng)速度指令信號(hào)U_r增大時(shí)，U_s增大，速度調(diào)節(jié)器的輸出加大，I_R也隨之加大，從而使電流調(diào)節(jié)器的輸出也加大，使脈沖觸發(fā)器的脈沖前移，即晶閘管觸發(fā)角前移，導(dǎo)通角增大，使SCR整流橋輸出的直流電壓增大，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到U_f=U_R時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾時(shí)，如負(fù)載增加，轉(zhuǎn)速下降，U_F減小，U_S增大，同樣經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程，使轉(zhuǎn)速回升到原穩(wěn)態(tài)值，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差。

    而電流環(huán)的作用，主要是在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制最大電樞電流，另外當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生在內(nèi)環(huán)之中時(shí)，如電網(wǎng)下降時(shí)，整流器輸出電壓隨之降低。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由于慣性未來(lái)得及變化之前，首失引起回路電流減小，反饋電流I_F減小，E增加，電流調(diào)節(jié)器輸出增加，使晶閘管的觸發(fā)角前移，使整流電路的輸出電壓回升。當(dāng)I_F又回升到原值時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束，實(shí)現(xiàn)電流的無(wú)靜差。

    這種雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于在低速時(shí)，整流器輸出電壓低，晶閘管的導(dǎo)通角小，整流器的輸出電壓和電流波形是斷續(xù)的，機(jī)械特性會(huì)有一段非線(xiàn)性，為此可在電樞回路中串接平波電抗器，以減小電流的脈動(dòng)。另外在伺服單元中也可以增加電壓變化率環(huán)和電流變化率環(huán)，組成多閉環(huán)的系統(tǒng)，也可使系統(tǒng)的靜特性和動(dòng)特性得到很大的改善。