直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)

摘要 以高效率和高精度為基本特征的高速加工技術(shù)促進(jìn)了直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)在高速加工中心中的應(yīng)用。本文在分析了高速加工與直線電機(jī)的關(guān)系，以及國內(nèi)外的直線電機(jī)及其伺服控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，提出了直線電機(jī)及其全數(shù)字化直接驅(qū)動(dòng)伺服控制器的設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞 直線電機(jī) 高速加工 伺服控制 1. 高速加工與直線電機(jī) 以高效率和高精度為基本特征的高速加工技術(shù)，近十多年來迅速崛起，并成為當(dāng)今制造業(yè)不可回避的先進(jìn)制造技術(shù)之一，傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把高速加工看成是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。自20世紀(jì)90年代以來，一批又一批的高速機(jī)床開始投放國際市場(chǎng)，并成功地應(yīng)運(yùn)于汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、復(fù)雜曲面加工以及難加工材料的加工等領(lǐng)域，這標(biāo)志著高速加工已進(jìn)入工業(yè)實(shí)用化階段，并將給世界機(jī)床工業(yè)帶來巨大的推動(dòng)和沖擊[12]。 為實(shí)現(xiàn)高速加工，除要求高速加工機(jī)床必須具有適宜高速加工的主軸部件，動(dòng)、靜、熱剛度好的機(jī)床支撐部件，高剛度、高精度的刀柄和快速換刀裝置，以及高壓大流量的噴射冷卻系統(tǒng)和安全裝置等之外對(duì)高速機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)也提出了更高的要求即: 1.高進(jìn)給速度，最大進(jìn)給速度達(dá)到60～200m/min。 2.高加速度，最大加速度應(yīng)達(dá)到1～10g。 3.高精度。 對(duì)此由“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)＋滾珠絲杠”構(gòu)成的傳統(tǒng)直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)給方式已很難適應(yīng)這樣的高要求。在解決上述難題的過程中，一種嶄新的傳動(dòng)方式應(yīng)運(yùn)而生了，這就是直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于它取消了從電機(jī)到工作臺(tái)之間的一切中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，因此這種傳動(dòng)方式被稱作“直接驅(qū)動(dòng)”(Dricet Drive)國內(nèi)也有人稱之為“零驅(qū)動(dòng)” [2]。其優(yōu)點(diǎn)是： 1.速度高，可達(dá)60～200m/min; 2.慣性小，加速度特性好，可達(dá)1～2g易于高速精定位； 3.無中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，不存在摩擦磨損、反向間隙等問題，可靠性高，壽命長； 4.剛性好，動(dòng)態(tài)特性好； 5.行程長度不受限制，并可在一個(gè)行程全長上安裝使用多個(gè)工作臺(tái)。 世界上第一臺(tái)在展覽會(huì)上展出的，采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速加工中心是1993年9月德國Ex-Cell-O公司于漢諾威歐洲機(jī)床博覽會(huì)上推出的XHC 240型加工中心采用德國Indramat公司的感應(yīng)式直線電機(jī)各軸的快速移動(dòng)速度高達(dá)80m/min加速度高達(dá)1g[3]。 美國Ingersoll公司也早在1985年就開始與Ford公司合作研制超高速加工中心，在研制出采用美國Anorad公司永磁式直線電機(jī)的“高速模塊”HVM800型臥式加工中心之后，1996年初又推出了HVM600高速模塊，最大進(jìn)給速度76m/min，加速度1g(z軸1.5g)，定位精度0.005mm，重復(fù)定位精度0.0025mm[4]。 2. 直線電機(jī)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 從近年來國際上的發(fā)展?fàn)顩r來看，直線電機(jī)技術(shù)主要掌握在少數(shù)直線電機(jī)和伺服控制裝置制造商手中，而科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)的參與則相對(duì)較少。 美國Anorad公司是國際上最大的直線電機(jī)供應(yīng)商之一，從80年代初開始自行研制直線電機(jī)，主導(dǎo)產(chǎn)品是正弦波永磁交流直線電機(jī)和方波無刷直流直線電機(jī)，已在Ingersoll公司的高速加工中心HVM800和HVM600上獲得成功應(yīng)用[4]。 德國Indramat公司是目前唯一能夠同時(shí)提供感應(yīng)式直線電機(jī)和永磁直線電機(jī)的直線電機(jī)制造商。其感應(yīng)式直線電機(jī)已成功地應(yīng)用于德國Ex-Cell-O公司的XHC 240型臥式高速加工中心[3]。國內(nèi)的發(fā)展情況有所不同，從總體上講，直線電機(jī)的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，因此研究仍主要在幾所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)中進(jìn)行。 廣東工業(yè)大學(xué)研制的高速進(jìn)給單元中采用了感應(yīng)式直線電機(jī)[2]。 清華大學(xué)繼研制出音圈式直流直線電機(jī)后[5]，已開始研制長行程永磁交流直線電機(jī)[6]。沈陽工業(yè)大學(xué)則已研制出推力為100N的永磁交流直線伺服電機(jī)樣機(jī)[7]。 3. 直線電機(jī)伺服控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 直線伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)相比，伺服控制的難度大，要求高。主要表現(xiàn)為以下幾方面： 1.直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)是直接驅(qū)動(dòng)。 2.位置環(huán)增益高。 3.進(jìn)給速度、加速度高。 4.直線電機(jī)存在端部效應(yīng)。 為解決直接驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)的伺服控制問題，人們作出了許多努力。 美國Anorad公司和德國Siemens公司合作，采用Siemens公司的SINUMERIK 840D CNC系統(tǒng)和SIMODRIVE 611D交流伺服系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)Anorad公司的LFB-S-6型永磁直線電機(jī)，為此，他們專門定義了CNC和伺服系統(tǒng)與直線電機(jī)的性能和接口特性[8]。 德國Indramat公司在其數(shù)字化智能直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器中引進(jìn)了先進(jìn)的國際化、開放式SERCOS(Serial Real-time Communication System)接口標(biāo)準(zhǔn)，使得位置閉環(huán)控制在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部完成[9]。 清華大學(xué)采用基于重復(fù)控制的非線性PID控制方法，獲得了更高的位置伺服精度和魯棒性[5]。 沈陽工業(yè)大學(xué)采用基于擾動(dòng)觀察器的加速度控制方法和采用滑模觀察器的無傳感器控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)直線電機(jī)參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)的魯棒控制[7]。 4. 直線電機(jī)的設(shè)計(jì)方案 1) 直線電機(jī)結(jié)構(gòu)形式的選擇 直線電機(jī)大體上分直線直流電機(jī)、直線步進(jìn)電機(jī)、直線磁阻電機(jī)、直線感應(yīng)電機(jī)、和直線同步電機(jī)五種，但各種直線電機(jī)的發(fā)展并不均衡，直線伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以永磁直線電機(jī)和直線感應(yīng)電機(jī)為主。 永磁直線電機(jī)和直線感應(yīng)電機(jī)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。永磁直線電機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于：每單位尺寸更大的出力；發(fā)熱少，冷卻要求低，長次級(jí)不需冷卻。存在的問題在于：永磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)使其安裝和操作較困難；永磁磁場(chǎng)吸引鐵屑，實(shí)際加工時(shí)排屑困難，電機(jī)必須加密封以防止鐵屑阻塞氣隙或進(jìn)入運(yùn)動(dòng)副中；需通過位置傳感器對(duì)電機(jī)進(jìn)行電流換向控制；永磁鐵有可能退磁。直線感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于：其次級(jí)結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維修和除屑容易。因?yàn)椴皇褂冒嘿F的永磁體，在長行程（如傳送裝置）的應(yīng)用場(chǎng)合有降低成本的可能性。缺點(diǎn)在于采用電激磁，因此效率低，發(fā)熱大，次級(jí)也需要冷卻；氣隙公差嚴(yán)格，通常只有0.1mm，工藝性差，加工成本高；需要復(fù)雜的矢量變換技術(shù)，控制算法遠(yuǎn)比直線永磁電機(jī)的控制算法復(fù)雜。 雖然直線永磁電機(jī)和直線感應(yīng)電機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但目前看來，永磁直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)更多。特別是隨著釹鐵硼（NdfeB）等高磁能積、高矯頑力磁性材料的出現(xiàn)，直線永磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)更加明顯。所以永磁直線電機(jī)更適合用于直線伺服單元驅(qū)動(dòng)。 2) 整機(jī)一體化設(shè)計(jì) 永磁直線電機(jī)是一個(gè)整體，包括出力系統(tǒng)、支承系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)四大部分。出力系統(tǒng)包括直線電機(jī)的初級(jí)和次級(jí)。為了使永磁直線電機(jī)的推力平穩(wěn)，要合理選擇次級(jí)磁鋼的形狀和布置方式，以減小齒槽效應(yīng)。要盡量采用分布、短距等初級(jí)繞組結(jié)構(gòu)形式，以削弱反電勢(shì)諧波，使氣隙磁密需要近似為正弦型，從而削弱出力紋波。 直線電機(jī)通過直線軸承支承，以保證氣隙尺寸。直線電機(jī)的機(jī)械特性和壽命在很大程度上取決于直線軸承的質(zhì)量，所以直線軸承的質(zhì)量一定要保證。 直線電機(jī)要使用直線編碼器的位置信號(hào)進(jìn)行位置控制和電流換向以及剛通電時(shí)的找相。直線編碼器的分辨率直接決定了位置控制的分辨率，其測(cè)量速度決定了直線電機(jī)的最大速度。所以直線編碼器的分辨率和速度要滿足位置控制的要求。 直線電機(jī)的散熱能力極大地影響著直線電機(jī)的出力和壽命。永磁直線電機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候同時(shí)存在著銅損和鐵損，所以其發(fā)熱不容忽視，熱應(yīng)力是直線電機(jī)失效的首要原因。另外，要想提高直線電機(jī)的額定出力，必須提高初級(jí)的電流密度，這樣電機(jī)的發(fā)熱將更加嚴(yán)重。這就需要采用氣冷或液冷的方法給電機(jī)散熱。 在老的機(jī)床結(jié)構(gòu)上直接添加直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)并不能組成高性能的直線伺服系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)都要重新設(shè)計(jì)，以適應(yīng)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最好能采用框架式結(jié)構(gòu)和輕的工作臺(tái)材料，以充分利用直線電機(jī)高速、高加速度的優(yōu)點(diǎn)。 3) 基于有限元的新型設(shè)計(jì)方法 永磁同步直線電機(jī)磁路復(fù)雜，采用釹鐵硼等高性能永磁材料作為磁源，采用硅鋼片和軟磁材料聚合磁路，這些材料都具有很強(qiáng)的非線性。另外，直線電機(jī)的端部效應(yīng)還會(huì)使其氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變。傳統(tǒng)的磁路法、圖解法等磁場(chǎng)分析方法無法精確計(jì)算其磁場(chǎng)特性，需要采用有限元計(jì)算方法，發(fā)展基于有限元的新型設(shè)計(jì)方法。 需要精確計(jì)算出電機(jī)的最大發(fā)熱區(qū)域，才能設(shè)計(jì)出最有效的冷卻器和合理安放熱傳感器。只有通過有限元方法才能精確計(jì)算直線電機(jī)的發(fā)熱。應(yīng)對(duì)直線電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真和熱應(yīng)力有限元計(jì)算，找出發(fā)熱最嚴(yán)重的部位，以便進(jìn)行有效的散熱設(shè)計(jì)。 5. 永磁交流直線電機(jī)的伺服控制設(shè)計(jì)方案交流永磁直線電機(jī)的伺服控制需采用全數(shù)字化的直接驅(qū)動(dòng)伺服控制方法。 1) 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 包括控制和功率兩部分?？刂撇糠种饕?/SPAN>DSP最小系統(tǒng)、高速A/D、位置反饋計(jì)數(shù)器、SVPWM信號(hào)發(fā)生器、高速通訊接口、以及光柵信號(hào)高速細(xì)分電路等組成。功率部分主要由IGBT三相功率逆變橋、IGBT隔離驅(qū)動(dòng)電路、功率電源整流濾波、泵升過電壓泄放電路、以及輔助電源系統(tǒng)等組成。 2) 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 是以直接驅(qū)動(dòng)控制算法為核心的實(shí)時(shí)控制程序，其作用是完成伺服驅(qū)動(dòng)的所有控制和監(jiān)測(cè)功能，主要包括系統(tǒng)初始化，直線電機(jī)相位初始化，直接驅(qū)動(dòng)控制算法，功率電源電壓及直線電機(jī)初級(jí)溫度監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)電流控制，電流采樣，串行通訊，故障診斷與處理等功能。 3) 直接驅(qū)動(dòng)伺服控制算法 直線電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)是直接驅(qū)動(dòng)，來自外界的擾動(dòng)，如工件或刀具的質(zhì)量、切削力以及它們的變化等，都直接作用在直線電機(jī)上，因此，對(duì)系統(tǒng)的剛性、抗擾動(dòng)能力和魯棒性等方面提出了更高的要求，所以直線電機(jī)的伺服控制必須采用相對(duì)先進(jìn)、復(fù)雜而且實(shí)用的直接驅(qū)動(dòng)控制算法主要應(yīng)包括以下幾個(gè)部分： ￥首先是包括位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器和加速度調(diào)節(jié)器在內(nèi)的調(diào)節(jié)控制器，負(fù)責(zé)直線電機(jī)的位置伺服控制，速度伺服控制和推力/加速度伺服控制等可以采用復(fù)合前饋控制、預(yù)測(cè)控制、H 控制等先進(jìn)的控制算法。 其次是包括位置解算、速度解算、加速度解算及擾動(dòng)觀察器、直線電機(jī)初級(jí)溫度監(jiān)測(cè)以及功率電源電壓監(jiān)測(cè)等在內(nèi)的系統(tǒng)狀態(tài)觀察器，為伺服控制提供系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。 最后是控制參數(shù)的在線辨識(shí)和自整定以及內(nèi)部模型等，主要是對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行處理和辨識(shí)，進(jìn)而實(shí)時(shí)地、在線修改系統(tǒng)的控制模型參數(shù)，使系統(tǒng)具有參數(shù)自整定和自適應(yīng)能力，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗擾動(dòng)性能和魯棒性。 6. 結(jié)束語總之采用直線伺服電機(jī)的高速加工中心，已成為國際上各大機(jī)床制造商競(jìng)相研究和開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品，并已在汽車工業(yè)和航空工業(yè)中取得初步應(yīng)用和成效，作為高速加工中心的新一代直接驅(qū)動(dòng)伺服執(zhí)行元件，直線伺服電機(jī)技術(shù)在國外也已進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用階段。但是，國內(nèi)在這方面的研究仍處于起步階段，差距還很大，而且關(guān)鍵技術(shù)基本上為各大制造商所掌握，并視為商業(yè)機(jī)密，很難從科技文獻(xiàn)和Internet網(wǎng)上資源中查到有價(jià)值的詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容。因此，要發(fā)展我國的高速加工中心技術(shù)建立相關(guān)產(chǎn)業(yè)，就必須走自主開發(fā)的道路。

第四章 數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（6學(xué)時(shí)）

4.1  概  述

4.2  常用驅(qū)動(dòng)元件

4．2．1 步進(jìn)電機(jī)

一、步進(jìn)電機(jī)概述

步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)。它由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源（又稱步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）和步進(jìn)電機(jī)組成。

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)驅(qū)動(dòng)元件。步進(jìn)電機(jī)所用的電源與一般交、直流電機(jī)的電源也有區(qū)別，既不是正弦波，也不是恒定直流，而是脈沖電壓、電流，所以有時(shí)也稱為脈沖電機(jī)或電脈沖電機(jī)。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、角位移只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變得非常的簡單、維修也較方便，而且為全數(shù)字化控制？？。

步進(jìn)電機(jī)分類：

1）  步進(jìn)電機(jī)按輸出扭矩的大小，可分為快速步進(jìn)電機(jī)與功率步進(jìn)電機(jī)；

2）  按勵(lì)磁相數(shù)，可分為三相、四相、五相甚至八相；

3）  按其運(yùn)動(dòng)方式，分旋轉(zhuǎn)式、直線式、平面運(yùn)動(dòng)式和滾切運(yùn)動(dòng)式；

4）  按結(jié)構(gòu)，可分為單段式（徑向式）、多段式（軸向式）、印刷繞組式；

5）  按工作原理，可分為反應(yīng)式、電磁式、永磁式、永磁感應(yīng)子式（混合式）步進(jìn)電機(jī)，其中反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電機(jī)比較常用。

不同類型步進(jìn)電機(jī)，其工作原理、驅(qū)動(dòng)裝置也不完全相同。

（對(duì)給定的電機(jī)體積，混合式步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比反應(yīng)式的大，加上混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角常做得很小，因此在工作空間受到限制而需要小步距角和大轉(zhuǎn)矩的情況下，常選用混合式步進(jìn)電機(jī)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)的根本區(qū)別在于其轉(zhuǎn)子是否具有永久磁性。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒有永久磁鋼，所以轉(zhuǎn)子的機(jī)械慣量比混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量低，因此可以更快地加、減速?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子有永久磁鋼，所以在繞組未通電時(shí)，轉(zhuǎn)子永久磁鋼產(chǎn)生的磁通能產(chǎn)生自定位轉(zhuǎn)矩，雖然這比繞組通電時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小得多，但它確實(shí)是一種很有用的特性：使其在斷電時(shí)，仍能保持轉(zhuǎn)子得原來位置。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)在斷電時(shí)靠干摩擦負(fù)載轉(zhuǎn)矩或靠專門的磁定位或機(jī)械定位裝置來實(shí)現(xiàn)定位。在實(shí)際應(yīng)用中為提高加工精度，多采用小步距角的步進(jìn)電機(jī)。）有待考證

雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。目前,生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，能夠自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最基本的設(shè)備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給用戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。

實(shí)際應(yīng)用中，主要控制步進(jìn)電機(jī)的角位移、轉(zhuǎn)速和方向(重點(diǎn))。

          步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個(gè)確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步距角

          脈沖的頻率決定著電機(jī)的轉(zhuǎn)速

          改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也隨之改變

二、反應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)工作原理

（一）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理

由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理比較簡單。下面以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的工作原理。

1、結(jié)構(gòu)：

電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。

2、參數(shù)

(1) 步進(jìn)電機(jī)的步距角由下式?jīng)Q定

若采用細(xì)分電路，則步距角由下式?jīng)Q定：

/細(xì)分?jǐn)?shù)

(2) 若步進(jìn)電機(jī)通電的脈沖頻率為 ，則步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為

  (60f* /360,f 的單位：個(gè)/s)

其中： ――步距角

        ――步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速

――定子勵(lì)磁繞組的相數(shù)

――轉(zhuǎn)子的齒數(shù)

            ――通電方式系數(shù)，單拍時(shí)，k＝1；雙拍時(shí)，k＝2

3、術(shù)語

(1)相數(shù)：定子磁極對(duì)數(shù)。常用m表示。

(2)拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.

(3)步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。

(4)失步：

      電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。

(5)失調(diào)角：

      轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。

(6)最大空載起動(dòng)頻率：

      電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。

(7)最大空載的運(yùn)行頻率：

      電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。

(8)運(yùn)行矩頻特性：

      電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如下圖所示：

 其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。

(9)最高起動(dòng)頻率fq：電機(jī)正常起動(dòng)時(shí)(不丟步)所能承受的最高控制頻率,起動(dòng)頻率低于連續(xù)運(yùn)動(dòng)頻率,因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)電機(jī)既要克服負(fù)載力矩,又要克服慣性力矩，且負(fù)載越大，fq越低。

(10)連續(xù)運(yùn)行頻率（最高工作頻率） fmax:步進(jìn)電機(jī)連續(xù)工作時(shí)能接受的最高頻率,因運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響比起動(dòng)時(shí)大大減小，所以fmax 》fq，它表明步進(jìn)電機(jī)所能達(dá)到的最高速度

三、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成

      使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下：

1、脈沖信號(hào)的產(chǎn)生

    脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號(hào)的占空比為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。

2、信號(hào)分配（由環(huán)形分配器完成）

     感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為 ,步距角為1.8度；二相八拍為 ,步距角為0.9度。四相電機(jī)工作方式也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度）。

3、功率放大

    功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，目前，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。

為盡量提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，將信號(hào)分配、功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。二相恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)及電機(jī)接線圖如下：

說明：

    CP      接CPU脈沖信號(hào)（負(fù)信號(hào)，低電平有效）

    OPTO    接CPU+5V

    FREE     脫機(jī)，與CPU地線相接，驅(qū)動(dòng)電源不工作

    DIR      方向控制，與CPU地線相接，電機(jī)反轉(zhuǎn)

    VCC      直流電源正端

    GND      直流電源負(fù)端   

     A       接電機(jī)引出線紅線

           接電機(jī)引出線綠線 

     B       接電機(jī)引出線黃線

           接電機(jī)引出線藍(lán)線

      步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越大則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動(dòng)電源的電壓越高。電壓對(duì)力矩影響如下：

 4、細(xì)分驅(qū)動(dòng)器

      在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。

四、步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用

（一）步進(jìn)電機(jī)的選擇

      步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來了。

1、步距角的選擇

      電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度（三相電機(jī)）等。

2、靜力矩的選擇

      步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）

3、電流的選擇

      靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）

      綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟：

4、力矩與功率換算

     步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：

                P= Ω·M

                  Ω=2π·n/60

                   P="2"πnM/60

     其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米

               P="2"πfM/400(半步工作）

     其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS)

(二）應(yīng)用中的注意點(diǎn)

      1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。

      2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。

      3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源， 不過要考慮溫升。

      4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。

      5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。

      6、高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決，也可以采用5相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。

      7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。

      8、電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動(dòng)。

      9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。

二、直流(DC)伺服電動(dòng)機(jī)

直流伺服電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。

直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速特性，對(duì)伺服電機(jī)的調(diào)速性能要求高的設(shè)備中，大都采用DC伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理主要基于：

電磁力定律：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力作用

電磁感應(yīng)定律：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)并切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體中要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

目前數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中采用的直流電動(dòng)機(jī)主要是大慣量寬速直流伺服電動(dòng)機(jī)，占主導(dǎo)地位的是永久磁鐵勵(lì)磁式電動(dòng)機(jī)

直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，電刷、換向器需經(jīng)常維護(hù)，電機(jī)轉(zhuǎn)速受限，AC克服此缺點(diǎn)，因此AC伺服電動(dòng)機(jī)有取代DC伺服電動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)

三、永磁交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)：定子、轉(zhuǎn)子、檢測(cè)元件        

工作原理：定子繞組接上三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。        

矢量控制：

直流伺服電機(jī)的調(diào)速性能好，控制簡單（線性），如果能模擬直流電動(dòng)機(jī)，使交流電機(jī)具有與直流電機(jī)近似的優(yōu)良特性。為此，需將三相交變量轉(zhuǎn)換為與之等效的直流量，然后按直流電動(dòng)機(jī)的控制方法對(duì)其進(jìn)行控制。

直流主軸電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和普通直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要區(qū)別是：在主磁極上除了繞有主磁極繞組外，還繞有補(bǔ)償繞組，以便抵消轉(zhuǎn)子反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙主磁通的影響，改善電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能；直流主軸電動(dòng)機(jī)都采用軸向強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻或熱管冷卻，以改善冷卻效果。直流主軸電動(dòng)機(jī)的基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩范圍，在基本速度以上為恒功率范圍。直流主軸電動(dòng)機(jī)采用雙域調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速。永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的定子磁極是一個(gè)永磁體，其轉(zhuǎn)子分為普通型和小慣量型兩類。普通型轉(zhuǎn)子永磁直流電動(dòng)機(jī)和小慣量型轉(zhuǎn)子直流電動(dòng)機(jī)各有其自己的特點(diǎn)。永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)需用特性曲線和數(shù)據(jù)表描述其性能。用于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)主要采用晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速。

交流主軸電動(dòng)機(jī)是經(jīng)過專門設(shè)計(jì)的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。與直流主軸電動(dòng)機(jī)相類似，在基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，在基本速度以上為恒功率區(qū)。恒功率的速度范圍只有1：3的速度比，當(dāng)速度超過一定值后，功率-速度特性曲線會(huì)向下傾斜。交流主軸電動(dòng)機(jī)廣泛采用矢量控制調(diào)速方法進(jìn)行速度控制。永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的定子與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子相似，不過其外表面呈多邊形，且無外殼，轉(zhuǎn)子由多塊永久磁鐵和沖片組成。與直流伺服電動(dòng)機(jī)一樣，交流伺服電動(dòng)機(jī)的性能也需用數(shù)據(jù)表和特性曲線來描述。永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)可以通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率來調(diào)速。

四 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

　　直線電機(jī)在機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，近幾年來已在世界機(jī)床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)掀起"直線電機(jī)熱"。

　　在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與原旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)的最大區(qū)別是取消了從電機(jī)到工作臺(tái)（拖板）之間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，因而這種傳動(dòng)方式又被稱為"零傳動(dòng)"。正是由于這種"零傳動(dòng)"方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式無法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。

　　1. 高速響應(yīng) 由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的機(jī)械傳動(dòng)件（如絲杠等），使整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)異常靈敏快捷。

　　2. 精度 直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取消了由于絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的傳動(dòng)間隙和誤差，減少了插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)因傳動(dòng)系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測(cè)反饋控制，即可大大提高機(jī)床的定位精度。

　　3. 動(dòng)剛度高 由于"直接驅(qū)動(dòng)"，避免了啟動(dòng)、變速和換向時(shí)因中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運(yùn)動(dòng)滯后現(xiàn)象，同時(shí)也提高了其傳動(dòng)剛度。

　　4. 速度快、加減速過程短 由于直線電動(dòng)機(jī)最早主要用于磁懸浮列車（時(shí)速可達(dá)500Km/h），所以用在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，要滿足其超高速切削的最大進(jìn)個(gè)速度（要求達(dá)60～100M/min或更高）當(dāng)然是沒有問題的。也由于上述"零傳動(dòng)"的高速響應(yīng)性，使其加減速過程大大縮短。以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)時(shí)瞬間達(dá)到高速，高速運(yùn)行時(shí)又能瞬間準(zhǔn)停?？色@得較高的加速度，一般可達(dá)2～10g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動(dòng)的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

　　5. 行程長度不受限制 在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電機(jī)，就可以無限延長其行程長度。

　　6. 運(yùn)動(dòng)動(dòng)安靜、噪音低 由于取消了傳動(dòng)絲杠等部件的機(jī)械摩擦，且導(dǎo)軌又可采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌（無機(jī)械接觸），其運(yùn)動(dòng)時(shí)噪音將大大降低。

　　7. 效率高 由于無中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了機(jī)械摩擦?xí)r的能量損耗，傳動(dòng)效率大大提高。

直線傳動(dòng)電機(jī)的發(fā)展也越來越快，在運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)中倍受重視。在國外工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制相對(duì)發(fā)達(dá)的國家已開始推廣使用相應(yīng)的產(chǎn)品，其中美國科爾摩根公司（Kollmorgen）的 PLATINNM DDL系列直線電機(jī)和SERVOSTAR CD系列數(shù)字伺服放大器構(gòu)成一種典型的直線永磁伺服系統(tǒng)，它能提供很高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無差運(yùn)動(dòng)；德國西門子公司、日本三井精機(jī)公司、臺(tái)灣上銀科技公司等也開始在其產(chǎn)品中應(yīng)用直線電機(jī)。

  4.3  伺服系統(tǒng)中的檢測(cè)元件

一、伺服系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)元件的主要要求

6）  1、工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)

7）  2、能滿足精度和速度的要求

8）  3、使用維護(hù)方便

9）  4、易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量和處理，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

5、成本低

二、檢測(cè)元件分類：

分類：

1、數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量

2、增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量

3、直接測(cè)量和間接測(cè)量

電磁式測(cè)量位移裝置：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺

光電式位移測(cè)量裝置：編碼盤、光柵

旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、

脈沖編碼器：

、

磁尺：用磁性標(biāo)尺代替光柵，用電磁方法計(jì)數(shù)磁波數(shù)目的一種測(cè)量方法。

測(cè)速發(fā)電機(jī)

表4-1 數(shù)控機(jī)床常用檢測(cè)系統(tǒng)精度

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微電機(jī)。從物理本質(zhì)上看，旋轉(zhuǎn)變壓器是一種可以轉(zhuǎn)動(dòng)的變壓器。它由定子和轉(zhuǎn)子組成，其原、副繞組分別放置在定、轉(zhuǎn)子上，原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)。因此，當(dāng)它的原繞組施加單相交流電壓勵(lì)磁時(shí)，副繞組輸出電壓的幅值將與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角有關(guān)。旋轉(zhuǎn)變壓器有多種分類方法：若按有無電刷來分，可分為接觸式和無接觸式兩種；若按極對(duì)數(shù)來分，可分為單對(duì)極和多對(duì)極；若按用途來分，可分為計(jì)算用旋轉(zhuǎn)變壓器和數(shù)據(jù)傳輸用變壓器；若按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系來分，可分為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器、比例式旋轉(zhuǎn)變壓器以及特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器等四類。
    脈沖編碼器也叫光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前在機(jī)床上應(yīng)用最多的傳感器，根據(jù)它產(chǎn)生脈沖方式的不同，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。其中增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90o，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。而絕對(duì)式編碼器是利用自然二進(jìn)制或循環(huán)二進(jìn)制（葛萊碼）方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的。它的特點(diǎn)是：①可以直接讀出角度

坐標(biāo)的絕對(duì)值；②沒有累積誤差；③電源切除后位置信息不會(huì)丟失。但是分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位等多種。而混合式絕對(duì)值編碼器，它輸出兩組信息：一組信息用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。
    用于機(jī)床的位置測(cè)量并已得到廣泛應(yīng)用的有光柵、感應(yīng)同步器、容柵、磁柵、球柵和激光。它們的檢測(cè)精度及其代表廠商如表4－1所示。從表49－1可見，除激光外，光柵尺的分辨率和精度均高于其他四種測(cè)量系統(tǒng)，而在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、使用方便及價(jià)格方面均比激光測(cè)量系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，在90年代，國際市場(chǎng)上的數(shù)控機(jī)床（指閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)），包括三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所采用的測(cè)量系統(tǒng)80％以上都使用光柵。高精度的光柵測(cè)量系統(tǒng)，其分辨率可做到納米級(jí)，精度可達(dá)±0.2μm。
    光柵的種類很多，在玻璃的表面上制成透明與不透明間隔相等的線紋，稱作透射光柵；在金屬的鏡面上制成全反射與漫反射間隔相等的線紋，稱作反射光柵；也可把線紋做成具有一定衍射角度的定向光柵；根據(jù)用途，可分為測(cè)量直線位移的長光柵和測(cè)量角位移的圓光柵。其中以玻璃衍光柵的精度為最高。目前世界上能生產(chǎn)光柵測(cè)量系統(tǒng)的國家很多，HEIDENHAIN、雷尼紹公司，以德國的HEIDENHAIN公司為著名，它無論在技術(shù)、品種、產(chǎn)量和市場(chǎng)占有率上都處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。

僅用于位置檢測(cè)的元件：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁尺

僅用于速度檢測(cè)的元件：測(cè)速發(fā)電機(jī)

兩者均可使用的檢測(cè)元件：脈沖編碼器