1.4.3 按控制方式分類

1.開環控制系統（Opened Loop Control System）

開環控制系統是指沒有位置檢測反饋裝置的控制系統。這類數控機床、數控裝置發出的指令信號流程是單向的，其精度主要取決于驅動元器件和電動機（步進電動機）的性能。由功率型步進電動機作為驅動元件的控制系統是典型的開環控制系統。數控裝置根據所要求的運動速度和位移量，向環形分配器和功率放大電路輸出一定頻率和數量的脈沖，不斷改變步進電動機各相繞組的供電狀態，使相應坐標軸的步進電動機轉過相應的角位移，再經過機械傳動鏈，實現運動部件的直線移動或轉動。運動部件的速度與位移量由輸入脈沖的頻率和脈沖數所決定。開環控制系統具有結構簡單和價格低廉等優點。但通常輸出轉矩值的大小受到了限制，而且當輸入較高的脈沖頻率時，容易產生失步，難以實現運動部件的快速控制。目前，開環控制系統已不能充分滿足數控機床日益提高的對控制功率、運動速度和加工精度的要求。但近年來由于發展了步進電動機的細分技術，出現了專用的細分功率驅動模塊，步進電動機在低轉矩、高精度、速度中等的小型設備的驅動控制中得到了廣泛應用，特別是在微電子生產設備中充分發揮了它的獨特優勢。圖1-6所示為開環控制系統示意圖。

圖1-6 開環控制系統示意圖

2.半閉環控制系統（Semiclosed Loop Control System）

半閉環控制系統是在電動機軸或絲杠的端部裝有角位移、角速度檢測裝置，通過檢測伺服電動機的轉角、轉速間接地檢測出運動部件的實際位移（或角位移）反饋給數控裝置的比較器，與輸入指令進行比較，用差值控制運動部件。隨著脈沖編碼器的迅速發展和性能的不斷完善，作為角位移、角速度的檢測裝置能方便地直接與直流或交流伺服電動機同軸安裝。而高分辨率的脈沖編碼器的誕生，為半閉環控制系統提供了一種高性價比的配置方案。由于慣性較大的機床運動部件不包括在閉環之內，控制系統的調試十分方便，并具有良好的系統穩定性，甚至可以將脈沖編碼器與伺服電動機設計成一個整體，使系統變得更加緊湊。雖然運動部件的機械傳動鏈不包括在閉環之內，機械傳動鏈的誤差無法得到校正或消除，但是目前廣泛采用的滾珠絲杠螺母機構具有很好的精度和精度保持性，而且采取了可靠的消除反向運動間隙的結構，完全可以滿足絕大多數數控機床用戶的需要。因此，半閉環控制正在成為首選的控制方式，得到了廣泛的應用。圖1-7所示為半閉環控制系統示意圖。

圖1-7 半閉環控制系統示意圖

3.閉環控制系統（Closed Loop Control System）

閉環控制系統是在機床最終的運動部件的相應位置直接安裝直線或回轉式檢測裝置，將直接測量到的位移或角位移反饋到數控裝置的比較器中，并與輸入指令位移量進行比較，用差值控制運動部件，使運動部件嚴格按實際需要的位移量運動。閉環控制的主要優點是將機械傳動鏈的全部環節都包括在閉環之內，因而從理論上說，閉環控制系統的運動精度主要取決于檢測裝置的精度，而與機械傳動鏈的誤差無關，其控制精度超過半閉環控制系統，為高精度數控機床提供了技術保障。但閉環控制系統除了價格較昂貴之外，對機床結構及傳動鏈也提出了嚴格的要求，因為傳動鏈的剛度、間隙，導軌的低速運動特性以及機床結構的抗振性等因素都會增加系統調試的難度，甚至使伺服系統產生振蕩，降低數控系統的穩定性。圖1-8所示為閉環控制系統示意圖。

圖1-8 閉環控制系統示意圖