参考脉冲系统与模拟式伺服系统不同。它能够直接接收计算机生成的数字脉冲作 为参考输入。误差信号不是由两个模拟量求差形成的，而是由参考输入脉冲和反馈信号 脉冲之间的频率或相位之差形成的，因此被称为参考脉冲伺服系统。又由于参考输入脉 冲具有相位 ! 频率调制形式，所以又称为脉冲相位 ! 频率调制系统。参考脉冲伺服系统 在许多数控设备（如数控机床、工业机器人以及低速转台等）领域已经获得非常广泛的应 用。根据反馈测量传感器的类型不同，参考脉冲系统的构成方法也有所不同。下面，分别 介绍由光电编码器和旋转变压器作为反馈测量元件的两种类型的参考脉冲系统。
（一）光电编码器反馈系统
在伺服系统中，经常采用增量式光电编码器。所谓增量式光电编码器是指旋转的 码盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向由计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来表 示转过的角位移量。
增量式光电编码器的原理如图 " ! $ ! "" 所示。在圆盘上刻有节距相等的辐射状 窄缝，与之相对应的还有 %，& 两组检测窄缝，其节距与圆盘节距相同，但相互错开 " , ) 节距，其目的是使 ’ ，( 两个光电变换器的输出信号在相位上相关 -+.。采用增量式光 电编码器作为位置反馈测量元件时，其 ’ ，( 两路输出信号经过辨向和细分电路，可直
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接获得计数脉冲反馈信号。测量的，!，" 两组窄缝是静止不动的，圆盘与被测轴一起转 动，光电变换器 # 和 $ 输出一对相位相差 !"#的近似正弦波，经逻辑电路处理后用来判 别被测轴转向，其原理框图见图 $ % & % $’（(）。
图 $ % & % $$ 增量式光电编码器的原理
图 $ % & % $’ 信号处理电路及光电输出波形
（(）电路框图；（)）输出波形
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当圆盘正转时，光电转换器输出经整形后的波形，如图 ! " # " !$（%）中左边图形所 示。! 比 " 滞后 &’(，经过逻辑电路处理后，输出脉冲信号 # ，即为正转脉冲信号。同 理，当圆盘反转时，逻辑电路输出反转脉冲信号 $，见图 ! " # " !$（%）左边脉冲序列。把 正转和反转脉冲信号分别输入到双时钟可逆计数器的正、反向计数端进行计数，则可得 到被测轴的累计旋转角度。为了得到绝对转角，应在起始位置时，将可逆计数器清零。
增量编码器有多种规格型号，每转一圈产生的脉冲数在 !’’ ) *’’’ 之间。为了提 高测角分辨率，输出脉冲可以细分。一种直接的四细分和辨向电路如图 ! " # " !# 所 示。
图 ! " # " !# 四细分和辨向电路
%!和 %$ 两个相位相差 &’(的光电信号。正向运动时，%! 的相位超前 %$&’(。
%!的上升沿出现在 %$为低电平期间，%$的上升沿出现的 %!为高电平期间。在 %!
和 %$变化一个周期内，与或门 +!输出四个正向计数脉冲。反向运动时，%$的相位超 前 %!&’(。在 %$和 %!变化一个周期内，与或门 +$ 输出四个正向计数脉冲。图中，
+,!，+,$为反向器，-.!) -.*为单稳触发器。这种方法对传感器没有附加要求，电路 也不复杂，但是，不可能获得很高的细分数。如果将参考脉冲和反馈脉冲分两个通道送 入可逆计数器，那么，可逆计数器的计数输出就是两列脉冲个数之差，或者频率差的积 分。脉冲个数与位置增量成正比，所以，可逆计数器的输出可以被认为细分后的位置误 差信号。
图 ! " # " !* 光电编码器反馈的参考脉冲伺服系统
由光电编码器作为反馈测量元件的单向伺服系统原理见方块图 ! " # " !*。可逆
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计数器输出数字经过 ! " # 转换，变成模拟电压，再经过伺服放大器（包括校正装置和功 率放大器），驱动伺服电动机向减小位置误差方向转动，直到位置误差缩小到零时停转。
在实际应用中需要正负双向伺服，为此，必须附加数字输入电路。正转时，参考脉冲作 增计数，反馈脉冲作减计数；反转时，则参考脉冲作减计数，反馈脉冲作增计数。并且，
输入电路能消除两个通道同时出现的脉冲，以消除计数混乱。
在常速度情况下，可逆计数器的静态输出 !（ "）和输入脉冲 #$与反馈脉冲 #%的关 系如图 & ’ ( ’ &) 所示。图中 #$和 #%只表示了可逆计数器累计数的增减脉冲。一般 地说，静态输出数字 ! 不是常量，而是在两个连续值之间变化的（例如，( 和 * 之间）。
在高输入频率时，由于存在机械惯量，电动机平滑了这个误差信号，输出平均速度；但在 低输入频率时，电动机运动是步进式的。
图 & ’ ( ’ &) 可逆计数器的静态误差
假设光电编码器旋转一周，输出脉冲 $ 个，令符号! 表示滚珠丝杠导程，那么，脉 冲当量为"+!" $。进一步，设参考脉冲频率为 #$，那么，工作台的移动速度为#+"#$。 例如，设 $ + ),,,，! + )--，#$+ &,./0，那么，脉冲当量 " + )（ --）"),,,（脉冲）+
, 1 ,,&-- " 脉冲，工 作 台 移 动 速 度 # + , 1,,&（-- " 脉冲）2 &,*（脉 冲 " 3）+ &,-- " 3 + , 1 4- " -56。
（二）旋转变压器反馈系统
当采用旋转变压器或感应同步器作为位置反馈测量元件时，一种基于脉冲相位 ’ 频率比较原理的参考脉冲系统，称为脉冲相位 ’ 频率调制式伺服系统，其系统原理如图
& ’ ( ’ 4 所示。
计算机发出三种指令：速率指令、位置增量指令以及转向指令。速率指令通过速率 脉冲形成电路产生指令脉冲。根据转向指令逻辑电平，时钟信号与指令脉冲在脉冲加 "
减电路中进行加或减，再经过分频器后，转换为相位 ’ 频率调制的脉冲信号，作为参考 信号加给鉴相器。因为在图 & ’ ( ’ &4 中采用 & " &,,, 的分频器，所以每个指令脉冲引 起参考脉冲相位移 7!" &,,,（即 , 1(48）。相位是前移还是后移，由转向指令电平决定。
4 —
— 4
图 ! " # " !$ 脉冲相应 " 频率调制式伺服系统
同时，时钟脉冲经过另一个 ! % !&&& 分频器和带通滤波功率放大器，产生幅值相等、
相位相差 ’&(的正、余弦电压，作为旋转变压器（或感应同步器）的励磁电压。旋转变压 器采用相位输出接法，定子接正、余弦双相励磁电源。即
!)* " )+,!#
!-* " -.)!#
在定子 " 转子气隙中产生旋转磁场，从而在转子一相绕组中感应的电压为
! * $/（-.)!)+,!# 0 )+,!-.)!#）* $/（)+,!# 0!） （! " # " $）
式中，! 为转子相对定子的转角。
由式 ! " # " $ 可以看出，旋转变压器转子的转角! 已被转换为转子输出交流电压 的相角。所以，旋转变压器的这种接法称为相应输出接法。
旋转变压器转子输出电压经过脉冲整形电路，转换为相位调制的方波反馈信号。
它和参考输入信号一起供给鉴相器，鉴相器将参考信号和反馈信号之间的相位 " 频率 差转换为直流电压，再经过滤波校正以及功放电路，驱动电动机向减少相位 " 频率差的 方向转动，直到反馈脉冲信号与参考脉信号同频同相（相位差为零）为止。
在图 ! " # " !$ 中，位置计数器用来确定增量位置，它装入了由计算机设定的位置 增量脉冲数，对通过的速率脉冲进行减计数，到位后置“&”信号，封锁住速率脉冲。这 时，时钟脉冲直通脉冲加 % 减电路，分频后，所得参考信号的频率与旋转变压器的励磁频 率相同，都为 !123，并且，反馈脉冲信号与参考脉冲信号同相，鉴相器输出电压为 &，因 此电动机停转。
假如旋转变压器转过 ! 周，工作台移动 455（相当于机床滚珠丝杠导程"* 455），
分频系数 % * !&&&，则移相系数!6* #$&( % 7 * & 8 #$(，脉冲当量# * & % % * & 8 &&455 % 9 —
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脉冲。如果 指 令 脉 冲 速 率 !! " #$%&’，那 么 工 作 台 移 动 速 度 "(" !!!" )$** + , "
- . )* + */0。
对于参考脉冲系统，输入一个参考脉冲，输出轴前进一个脉冲当量，即一个基本长 度单位（123），类似于步进电动机的步进运动。当参考脉冲速率高时，由于机械惯性的 作用，输出轴的运动是平滑的，与模拟式伺服系统情况一样；但是，当参考脉冲频率低 时，参考脉冲系统作步进运动。参考脉冲系统比步进电动机运动控制系统的控制性能 更加优越，因为它是一种闭环控制系统，而步进电动机控制系统是开环工作的。
注意：在图 # 4 5 4 #) 和图 # 4 5 4 #6 中，所示的参考脉冲系统都只表示了位置环。
实际上，参考脉冲系统和模拟式伺服系统一样，根据需要，可以附加速度环和电流环，形 成两环或三环反馈系统。