機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計(jì)PPT課件

1、第三章第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計(jì) 第第3.1節(jié)節(jié) 執(zhí)行元件執(zhí)行元件 執(zhí)行元件執(zhí)行元件是將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成是將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)和機(jī)械能量的轉(zhuǎn)換元件。機(jī)械運(yùn)動(dòng)和機(jī)械能量的轉(zhuǎn)換元件。執(zhí)行元件的種類及特點(diǎn)執(zhí)行元件的種類及特點(diǎn)執(zhí)行元件電磁式電磁鐵及其他電動(dòng)機(jī)液壓馬達(dá)液壓式油 缸氣壓馬達(dá)氣壓式氣 缸其 他與材料有關(guān)直流伺服電機(jī)雙金屬片壓電元件狀態(tài)記憶金屬其他電機(jī)交流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第1頁(yè)/共39頁(yè)執(zhí)行元件的特點(diǎn)執(zhí)行元件的特點(diǎn)厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第2頁(yè)/共39頁(yè)執(zhí)行元件的特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)執(zhí)行元件的特點(diǎn)以及優(yōu)缺

2、點(diǎn) 種類種類特點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)電電氣氣式式 可用商業(yè)電源；可用商業(yè)電源；信號(hào)與動(dòng)力傳送信號(hào)與動(dòng)力傳送方向相同；有交方向相同；有交流直流之分；注流直流之分；注意使用電壓和功意使用電壓和功率。率。 操作簡(jiǎn)便；編程容操作簡(jiǎn)便；編程容易；能實(shí)現(xiàn)定位伺易；能實(shí)現(xiàn)定位伺服控制；響應(yīng)快、服控制；響應(yīng)快、易與計(jì)算機(jī)（易與計(jì)算機(jī)（CPUCPU）連接；體積小、動(dòng)連接；體積小、動(dòng)力大、無(wú)污染。力大、無(wú)污染。 瞬時(shí)輸出功率大；瞬時(shí)輸出功率大；過(guò)載差；一旦卡過(guò)載差；一旦卡死，會(huì)引起燒毀死，會(huì)引起燒毀事故；受外界噪事故；受外界噪音影響大。音影響大。 氣氣壓壓式式 氣體壓力源壓氣體壓力源壓力力5757MpaMpa；要

3、；要求操作人員技術(shù)求操作人員技術(shù)熟練。熟練。 氣源方便、成本低；氣源方便、成本低；無(wú)泄露而污染環(huán)境；無(wú)泄露而污染環(huán)境；速度快、操作簡(jiǎn)便。速度快、操作簡(jiǎn)便。 功率小、體積大、功率小、體積大、難于小型化；動(dòng)難于小型化；動(dòng)作不平穩(wěn)、遠(yuǎn)距作不平穩(wěn)、遠(yuǎn)距離傳輸困難；噪離傳輸困難；噪音大；難于伺服。音大；難于伺服。 液液壓壓式式 液體壓力源壓液體壓力源壓力力20802080MpaMpa；要求操作人員技要求操作人員技術(shù)熟練。術(shù)熟練。輸出功率大，速度輸出功率大，速度快、動(dòng)作平穩(wěn)，可快、動(dòng)作平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)定位伺服控制；實(shí)現(xiàn)定位伺服控制；易與計(jì)算機(jī)（易與計(jì)算機(jī)（CPUCPU）連接。連接。 設(shè)備難于小型化；設(shè)備難于小

4、型化；液壓源和液壓油液壓源和液壓油要求嚴(yán)格；易產(chǎn)要求嚴(yán)格；易產(chǎn)生泄露而污染環(huán)生泄露而污染環(huán)境。境。 厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第3頁(yè)/共39頁(yè)機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求 （1）慣量小，動(dòng)力大。慣量小，動(dòng)力大。 （2）體積小，重量輕。體積小，重量輕。 （3）安裝方便、便于維修維護(hù)。安裝方便、便于維修維護(hù)。 （4）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 3.2 機(jī)電一體化系統(tǒng)常用的控制電動(dòng)機(jī)機(jī)電一體化系統(tǒng)常用的控制電動(dòng)機(jī) 常用伺服控制電動(dòng)機(jī)常用伺服控制電動(dòng)機(jī) ： DC/AC電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)（脈沖）電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)（脈沖）電

5、動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)電磁電動(dòng)機(jī)以及其他電動(dòng)機(jī)（直流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)電磁電動(dòng)機(jī)以及其他電動(dòng)機(jī)（直流或交流脈寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)、電磁伸縮元件）等?；蚪涣髅}寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)、電磁伸縮元件）等。 厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第4頁(yè)/共39頁(yè)常用伺服控制電動(dòng)機(jī)的控制方式常用伺服控制電動(dòng)機(jī)的控制方式 主要有：開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制三種。主要有：開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制三種。 如圖所示數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)。如圖所示數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第5頁(yè)/共39頁(yè)機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)的基本要求對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)的基本要求 為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、功率為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、功

6、率/ /能量、控制運(yùn)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換，對(duì)伺服能量、控制運(yùn)動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換，對(duì)伺服控制電動(dòng)機(jī)提出了一些基本要求?？刂齐妱?dòng)機(jī)提出了一些基本要求。（1）性能密度大。即功率密度）性能密度大。即功率密度 Pw=P/G 或比功率密度或比功率密度 Pbw=(T2/J)/G 大。大。（2）快速性好。加速度大、響應(yīng)特性好。）快速性好。加速度大、響應(yīng)特性好。（3）位置控制與速度控制精度高、調(diào)速范圍大、低速平穩(wěn)）位置控制與速度控制精度高、調(diào)速范圍大、低速平穩(wěn)性好、分辨率高以及振動(dòng)噪音小。性好、分辨率高以及振動(dòng)噪音小。（4）能適應(yīng)頻繁啟動(dòng)，可靠性高、壽命長(zhǎng)。）能適應(yīng)頻繁啟動(dòng)，可靠性高、壽命長(zhǎng)。（5）易于與計(jì)算機(jī)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算

7、機(jī)控制。）易于與計(jì)算機(jī)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第6頁(yè)/共39頁(yè)伺服控制電動(dòng)機(jī)基本特性伺服控制電動(dòng)機(jī)基本特性 無(wú)論無(wú)論動(dòng)力用動(dòng)力用伺服控制電動(dòng)機(jī)伺服控制電動(dòng)機(jī)，還是，還是控制用控制用伺服控制電動(dòng)機(jī)伺服控制電動(dòng)機(jī)，功率，功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的電特性轉(zhuǎn)矩的電特性是電機(jī)重要的基本特性指標(biāo)之一。是電機(jī)重要的基本特性指標(biāo)之一。PnndPw厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 對(duì)于伺服控制電機(jī)而言，恒轉(zhuǎn)矩工作特對(duì)于伺服控制電機(jī)而言，恒轉(zhuǎn)矩工作特性是衡量電機(jī)調(diào)速性能的重要參數(shù)之一。性是衡量電機(jī)調(diào)速性能的重要參數(shù)之一。第7頁(yè)/共39頁(yè)3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

8、的特點(diǎn)、種類、工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、種類、工作原理 （1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 控制精度由步進(jìn)角決定（控制精度由步進(jìn)角決定（ ）。）。 抗干擾能力強(qiáng)，在電機(jī)電特性工作范圍內(nèi)，不產(chǎn)抗干擾能力強(qiáng)，在電機(jī)電特性工作范圍內(nèi)，不產(chǎn)生丟步或無(wú)法工作等現(xiàn)象。生丟步或無(wú)法工作等現(xiàn)象。 電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步進(jìn)角，盡管存在一定的轉(zhuǎn)角誤差，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步進(jìn)角，盡管存在一定的轉(zhuǎn)角誤差，但電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)但電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)360360時(shí)，轉(zhuǎn)角累計(jì)誤差將歸零。時(shí)，轉(zhuǎn)角累計(jì)誤差將歸零。 控制性能好，不會(huì)產(chǎn)生控制性能好，不會(huì)產(chǎn)生“丟步丟步 ”現(xiàn)象（頻繁啟現(xiàn)象（頻繁啟動(dòng)、停止、變換）。動(dòng)、停止、變換）。易于與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。易于與計(jì)

9、算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)接。znko/360厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第8頁(yè)/共39頁(yè)（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類 種類種類 按轉(zhuǎn)子構(gòu)成分類：按轉(zhuǎn)子構(gòu)成分類： 可變磁組型（可變磁組型（VR）步進(jìn)電機(jī)）步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)子為導(dǎo)磁體，也稱反應(yīng)式步進(jìn)轉(zhuǎn)子為導(dǎo)磁體，也稱反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)。 永磁型（永磁型（PM）步進(jìn)電機(jī)）步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)子為永磁鐵。轉(zhuǎn)子為永磁鐵。 混合型（混合型（HB-Hybrid）步進(jìn)電機(jī)）步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)子為導(dǎo)磁體和永磁鐵的組轉(zhuǎn)子為導(dǎo)磁體和永磁鐵的組合。合。 按定子繞組對(duì)數(shù)分類：按定子繞組對(duì)數(shù)分類：分為分為2相、相、 3相、相、 4相、相、 5相、相、 10相等相等步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)。

10、 按定子繞組通電極性分類：按定子繞組通電極性分類： 分為單極性和雙極性步進(jìn)電機(jī)。分為單極性和雙極性步進(jìn)電機(jī)。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第9頁(yè)/共39頁(yè)（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖通入當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖通入A A相時(shí)，磁通企圖沿著磁阻相時(shí)，磁通企圖沿著磁阻最小的路徑閉合，在此磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子最小的路徑閉合，在此磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子的的1 1、3 3齒要和齒要和A A級(jí)對(duì)齊。當(dāng)下一個(gè)脈沖通入級(jí)對(duì)齊。當(dāng)下一個(gè)脈沖通入B B相相時(shí)，磁通同樣要按磁阻最小的路徑閉合，即時(shí)，磁通同樣要按磁阻最小的路徑閉合，即2 2、4 4齒要和齒要和B B級(jí)對(duì)齊，則轉(zhuǎn)子就順逆時(shí)針?lè)较?/p>

11、轉(zhuǎn)動(dòng)級(jí)對(duì)齊，則轉(zhuǎn)子就順逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一定的角度：一定的角度：1324AABBCCCB423AC1AB23BACAC14Bznko/360厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第10頁(yè)/共39頁(yè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性與性能指標(biāo)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性與性能指標(biāo) （1）分辨率分辨率主 要 指 步 進(jìn) 角主 要 指 步 進(jìn) 角 = 3 6 0 /z n K。 如 ：。 如 ： 0 . 6 / 1 . 2 、 0 . 7 5 / 1 . 5 、0.9/1.8、。（2）靜態(tài)特性靜態(tài)特性 主要指步進(jìn)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)工作條件下的特性，包括：主要指步進(jìn)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)工作條件下的特性，包括：矩矩角特性、靜角特性、靜轉(zhuǎn)矩、靜態(tài)穩(wěn)定特

12、性轉(zhuǎn)矩、靜態(tài)穩(wěn)定特性等。等。 失調(diào)角示意圖失調(diào)角示意圖 矩角特性曲線矩角特性曲線 e定子轉(zhuǎn)子ppp/2p/2jmaxTjmaxTeT厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第11頁(yè)/共39頁(yè)（3）動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性參數(shù)：主要指動(dòng)態(tài)特性參數(shù)：主要指動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、矩矩頻特性頻特性、慣頻特性慣頻特性等。等。 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)：動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)：在步進(jìn)電機(jī)從在步進(jìn)電機(jī)從A A相轉(zhuǎn)換為相轉(zhuǎn)換為B B（或（或ABAB）相通）相通電，不產(chǎn)生丟步時(shí)的穩(wěn)定工作區(qū)域電，不產(chǎn)生丟步時(shí)的穩(wěn)定工作區(qū)域r r。從圖中可以得。從圖中可以得出，步進(jìn)電機(jī)工作的拍數(shù)越多，穩(wěn)定工作區(qū)域出，步進(jìn)電機(jī)工作的拍數(shù)越多，穩(wěn)

13、定工作區(qū)域r r越接越接近靜態(tài)穩(wěn)定工作區(qū)域近靜態(tài)穩(wěn)定工作區(qū)域e e，越不容易丟步。，越不容易丟步。 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TqTq：兩相（兩相（A A、B B）矩角特性之交點(diǎn)）矩角特性之交點(diǎn)TqTq表示表示步進(jìn)電機(jī)單相勵(lì)磁時(shí)所能帶動(dòng)的極限負(fù)載轉(zhuǎn)矩，與步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)單相勵(lì)磁時(shí)所能帶動(dòng)的極限負(fù)載轉(zhuǎn)矩，與步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和通電方式有關(guān)。電機(jī)的相數(shù)和通電方式有關(guān)。p/3pjmaxTTjmaxTeprTqp/3pjmaxTTjmaxTeprTq矩角矩角特性特性曲線族曲線族厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第12頁(yè)/共39頁(yè) 最高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率最高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率f fmaxmax及矩頻特性：及矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)

14、時(shí)所能接受的最高控制步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所能接受的最高控制頻率頻率f fmaxmax，稱最高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率；步進(jìn)電，稱最高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率；步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩隨頻率的增加而降低，稱機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩隨頻率的增加而降低，稱矩頻特性。矩頻特性。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工p/3pjmaxTTjmaxTeprTqp/3pjmaxTTjmaxTeprTq矩角特性曲線族矩角特性曲線族第13頁(yè)/共39頁(yè)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路：主要由脈沖分配器和功率放大：主要由脈沖分配器和功率放大器兩部份組成。器兩部份組成。 變頻控制信號(hào)變頻控制信號(hào)：主要有脈沖頻率信號(hào)和

15、方向控制信號(hào)。：主要有脈沖頻率信號(hào)和方向控制信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的組成 脈沖分配器 功率放大器變頻信號(hào)方向信號(hào)厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第14頁(yè)/共39頁(yè)一種四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)用電路一種四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)用電路厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工步進(jìn)脈沖輸出方向控制0.1f74767486步進(jìn)脈沖定時(shí)器引腳布局引腳布局引腳布局0.1f或0.1f線圈線圈線圈 線圈第15頁(yè)/共39頁(yè)（1）環(huán)形脈沖分配器環(huán)形脈沖分配器 由于步進(jìn)電機(jī)的工作原理是各繞組必須按一定的順序通由于步進(jìn)電機(jī)的工作原理是各繞組必須按一定的順序通電變化才能正常工作（電變化才能正常工作（A B C A

16、B ；A AB B BC C CA A AB B ），完成），完成這種通電順序變化規(guī)律的部件稱為環(huán)形這種通電順序變化規(guī)律的部件稱為環(huán)形脈沖分配器。實(shí)現(xiàn)脈沖環(huán)形分配的方法主要有三種：脈沖分配器。實(shí)現(xiàn)脈沖環(huán)形分配的方法主要有三種： 軟件分頻軟件分頻可充分利用計(jì)算機(jī)資源降低硬件成本，可可充分利用計(jì)算機(jī)資源降低硬件成本，可適用多相脈沖分配，但將占用計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間，影響步進(jìn)適用多相脈沖分配，但將占用計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間，影響步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。電機(jī)的運(yùn)行速度。 ICIC集成電路分頻（集成電路分頻（DDTDDT分頻器）分頻器）靈活性強(qiáng)，可搭接靈活性強(qiáng)，可搭接成任意通電順序的環(huán)形分配器，不站用計(jì)算機(jī)的工作時(shí)間。成

17、任意通電順序的環(huán)形分配器，不站用計(jì)算機(jī)的工作時(shí)間。 厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第16頁(yè)/共39頁(yè)CH250 管角定義與三相六拍工作狀態(tài)的接線圖管角定義與三相六拍工作狀態(tài)的接線圖 方向厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 專用環(huán)形分頻器專用環(huán)形分頻器使用方便，接使用方便，接口簡(jiǎn)單，專業(yè)化生產(chǎn)質(zhì)量可靠，成本口簡(jiǎn)單，專業(yè)化生產(chǎn)質(zhì)量可靠，成本低等。如：低等。如：CH250三相繞組分頻器三相繞組分頻器 ；L297和和PMM8714兩相繞組分頻器；兩相繞組分頻器；PMM8713五相繞組電機(jī)分頻器等。五相繞組電機(jī)分頻器等。第17頁(yè)/共39頁(yè)（2）功率放大器功率放大器 功率放大器是實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)與步進(jìn)電機(jī)

18、匹配的重要組件。功率放大器是實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)與步進(jìn)電機(jī)匹配的重要組件。 常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)功率放大器的組成與特點(diǎn)如下：常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)功率放大器的組成與特點(diǎn)如下： 單電壓功率放大電路單電壓功率放大電路 www厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但串聯(lián)特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但串聯(lián)R2R2消耗能量降低放大功率；電感較大消耗能量降低放大功率；電感較大使電路對(duì)脈沖反應(yīng)較慢使電路對(duì)脈沖反應(yīng)較慢, ,輸出波形差。主要用于轉(zhuǎn)速要求不高的小型輸出波形差。主要用于轉(zhuǎn)速要求不高的小型步進(jìn)電機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)控制。第18頁(yè)/共39頁(yè)高低壓功率放大器高低壓功率放大器 特點(diǎn)：具有高壓驅(qū)動(dòng)，特點(diǎn)：具有高壓驅(qū)動(dòng)，電流增

19、長(zhǎng)速度快、前電流增長(zhǎng)速度快、前沿變陡，電機(jī)的扭矩沿變陡，電機(jī)的扭矩和頻率得到提高和頻率得到提高。 w 單穩(wěn)觸發(fā)器w特點(diǎn)：僅在脈沖開(kāi)始時(shí)接通高壓電源，其特點(diǎn)：僅在脈沖開(kāi)始時(shí)接通高壓電源，其余時(shí)間僅接通低壓電源供電。具有功效高、余時(shí)間僅接通低壓電源供電。具有功效高、電流上升率高、高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能好，但波形電流上升率高、高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能好，但波形陡有時(shí)存在過(guò)沖現(xiàn)象，諧波豐富，在低速陡有時(shí)存在過(guò)沖現(xiàn)象，諧波豐富，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)。 厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第19頁(yè)/共39頁(yè)恒流源功率放大器恒流源功率放大器 w厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第20頁(yè)/共39頁(yè)（3）細(xì)分驅(qū)動(dòng)電

20、路細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路 采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的目的：采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的目的：整步運(yùn)轉(zhuǎn)或半整步運(yùn)轉(zhuǎn)或半步運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，不改變步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，提高步步運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，不改變步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，提高步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、控制精度進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、控制精度 。 細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的基本工作原理細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的基本工作原理 ：對(duì)每一控對(duì)每一控制脈沖，細(xì)分使其電流逐步增加達(dá)到脈沖的最制脈沖，細(xì)分使其電流逐步增加達(dá)到脈沖的最大電流（大電流（Imax），又逐步減少達(dá)到脈沖的最?。种鸩綔p少達(dá)到脈沖的最小電流（電流（0），從而可實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)轉(zhuǎn)、控制、），從而可實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)轉(zhuǎn)、控制、分辨，以及提高步進(jìn)精度。分辨，以及提高步進(jìn)精度。wt厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)

21、志勤工勵(lì)志勤工第21頁(yè)/共39頁(yè)常用的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路常用的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路 工作原理：工作原理：由基極開(kāi)關(guān)電壓由基極開(kāi)關(guān)電壓U1U5控制控制多路功率開(kāi)關(guān)管多路功率開(kāi)關(guān)管VTd1VTd5的通斷，從而的通斷，從而控制功放管控制功放管VT的導(dǎo)通電流大小，即步進(jìn)電的導(dǎo)通電流大小，即步進(jìn)電機(jī)線圈繞組電流的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)機(jī)線圈繞組電流的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)量的細(xì)分。步進(jìn)量的細(xì)分。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：功率開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功功率開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功耗很低，但器件多、體積大。耗很低，但器件多、體積大。 iwwwittU多路功率開(kāi)關(guān)細(xì)分電路多路功率開(kāi)關(guān)細(xì)分電路厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志

22、勤工第22頁(yè)/共39頁(yè)單功率放大細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路單功率放大細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路 wiw厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第23頁(yè)/共39頁(yè)階梯波控制信號(hào)的產(chǎn)生與放大方法階梯波控制信號(hào)的產(chǎn)生與放大方法 分先放大后疊加；先疊加后放大兩種方法分先放大后疊加；先疊加后放大兩種方法。 細(xì)分環(huán)形 分配器放大放大放大放大放大細(xì)分環(huán)形 分配器加法器w加法器wUttiw厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第24頁(yè)/共39頁(yè)（4）步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制 主要分為：串行控制主要分為：串行控制和并行控制兩種方法并行控制兩種方法 串行控制方式串行控制方式 并行控制方式并行控制方式 脈沖方向控制方式信號(hào)環(huán)形分配器功率放大

23、電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路器步進(jìn)電機(jī)各相繞組相相相相相厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第25頁(yè)/共39頁(yè)3.4 直流直流（DC）伺）伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)直流直流（DC）伺）伺服電動(dòng)機(jī)工作原理服電動(dòng)機(jī)工作原理 通過(guò)電刷和轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的整流作用，使磁場(chǎng)通過(guò)電刷和轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的整流作用，使磁場(chǎng)磁動(dòng)勢(shì)和電樞電流磁動(dòng)勢(shì)正交，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)和電樞電流磁動(dòng)勢(shì)正交，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。使用直流供電，實(shí)現(xiàn)速度和方向調(diào)節(jié)控力矩。使用直流供電，實(shí)現(xiàn)速度和方向調(diào)節(jié)控制，主要通過(guò)對(duì)直流電壓制，主要通過(guò)對(duì)直流電壓/ /電流的大小和方向電流的大小和方向進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制如下圖

24、所示。直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制如下圖所示。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第26頁(yè)/共39頁(yè)直流電機(jī)的調(diào)速方式直流電機(jī)的調(diào)速方式由于直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性方程為：由于直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性方程為：TCCRCUn2teec厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工式中，式中，UC 電樞控制電壓；電樞控制電壓；R 電樞回路電阻；電樞回路電阻； 每極磁通；每極磁通；Ce、Ct分別為電動(dòng)機(jī)分別為電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。的結(jié)構(gòu)常數(shù)。 由此，直流伺服電機(jī)的控制方式如下：由此，直流伺服電機(jī)的控制方式如下：第27頁(yè)/共39頁(yè)典型直流伺服電動(dòng)機(jī)控制數(shù)學(xué)模型典型直流伺服電動(dòng)機(jī)控制數(shù)學(xué)模型厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第2

25、8頁(yè)/共39頁(yè)直流直流（DC）伺）伺服電動(dòng)機(jī)的特性服電動(dòng)機(jī)的特性 特點(diǎn)：特點(diǎn)：具有較高的響應(yīng)速度、精度和頻具有較高的響應(yīng)速度、精度和頻率，優(yōu)良的控制特性等，但由于所用電刷率，優(yōu)良的控制特性等，但由于所用電刷和轉(zhuǎn)換器是使用壽命較低，需要定期更換。和轉(zhuǎn)換器是使用壽命較低，需要定期更換。直流（直流（DC）伺）伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng) 要實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的速度和方向進(jìn)行調(diào)要實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的速度和方向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，通?？捎脙煞N驅(qū)動(dòng)控制方式：節(jié)控制，通常可用兩種驅(qū)動(dòng)控制方式： 晶體管直流脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)晶體管直流脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)； 晶閘管直流脈寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)晶閘管直流脈寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)；厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)

26、志勤工第29頁(yè)/共39頁(yè)（1 1）晶體管直流脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)）晶體管直流脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)(PWM)工作原理工作原理 在給定供電電壓在給定供電電壓U，由控制脈沖信號(hào)，由控制脈沖信號(hào)Ud控制晶控制晶體管體管VT的通斷，從而使直流電動(dòng)機(jī)得到脈沖驅(qū)動(dòng)的通斷，從而使直流電動(dòng)機(jī)得到脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，改變脈沖控制信號(hào)的沒(méi)一周期通電時(shí)間，信號(hào)，改變脈沖控制信號(hào)的沒(méi)一周期通電時(shí)間，就可改變直流電動(dòng)機(jī)的平均工作電壓就可改變直流電動(dòng)機(jī)的平均工作電壓Ua達(dá)到調(diào)速達(dá)到調(diào)速的目的；改變供電壓和續(xù)流二極管的極性，便可的目的；改變供電壓和續(xù)流二極管的極性，便可改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。 1）直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)速電路原理

27、）直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)速電路原理厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第30頁(yè)/共39頁(yè)2）直流電動(dòng)機(jī)的方向控制電路）直流電動(dòng)機(jī)的方向控制電路dba厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第31頁(yè)/共39頁(yè)直流直流PMW調(diào)速驅(qū)動(dòng)電路調(diào)速驅(qū)動(dòng)電路直流電機(jī)直流電機(jī)PWM調(diào)速電路調(diào)速電路晶閘管驅(qū)動(dòng)晶閘管驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)直流電機(jī)PWM調(diào)速電路調(diào)速電路H橋驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第32頁(yè)/共39頁(yè)3.5 交流（交流（AC）伺）伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)（1）常用交流伺服電動(dòng)機(jī)常用交流伺服電動(dòng)機(jī)永磁同步型（永磁同步型（SM）、電磁感應(yīng)型（電磁感應(yīng)型（IM）伺服電動(dòng)機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)。（2）基本工作

28、原理）基本工作原理 檢測(cè)檢測(cè)交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)（SM型型/IM型）氣隙磁場(chǎng)的大小和方型）氣隙磁場(chǎng)的大小和方向，用電力電子轉(zhuǎn)化器代替整流子和電刷，通過(guò)控制與氣隙磁向，用電力電子轉(zhuǎn)化器代替整流子和電刷，通過(guò)控制與氣隙磁場(chǎng)方向相同的磁化電流和與與氣隙磁場(chǎng)方向相垂直的等效電流場(chǎng)方向相同的磁化電流和與與氣隙磁場(chǎng)方向相垂直的等效電流的方法，最終控制的方法，最終控制交流伺服電動(dòng)機(jī)主磁通量大小和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)交流伺服電動(dòng)機(jī)主磁通量大小和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的有效控制，簡(jiǎn)稱矢量控制方法。對(duì)電機(jī)的有效控制，簡(jiǎn)稱矢量控制方法。 1）永磁同步型（）永磁同步型（SM ） 轉(zhuǎn)子由永磁構(gòu)成，不需磁化控制電流，只需檢測(cè)磁鐵

29、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由永磁構(gòu)成，不需磁化控制電流，只需檢測(cè)磁鐵轉(zhuǎn)子位置和定子繞組磁通矢量控制電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)主磁通矢量電位置和定子繞組磁通矢量控制電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)主磁通矢量電流的控制，從而獲得對(duì)電機(jī)的速度和位置控制。流的控制，從而獲得對(duì)電機(jī)的速度和位置控制。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第33頁(yè)/共39頁(yè)永磁同步（永磁同步（SM）型伺服電動(dòng)機(jī)控制框圖）型伺服電動(dòng)機(jī)控制框圖CONV.整流器；SM同步電機(jī)；INV.變換器；PS磁極位置檢測(cè)器；REF速度基準(zhǔn)；IGF電流函數(shù)發(fā)生器；SC速度放大器；CC電流放大器；RD速度變換器；PWM脈寬調(diào)制器；再生電力吸收電路。iwiviuSMPSPWMCCIFGSCRDREFAC輸入CONV.P.B.U.INV.GRTGRTGRTGRTGRTGRTGRTGRTi厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工第34頁(yè)/共39頁(yè)2）感應(yīng)（）感應(yīng)（IM）型伺服電動(dòng)機(jī)控制框圖）型伺服電動(dòng)機(jī)控制框圖交流電機(jī)CONV.位置指令A(yù)C輸入GRTGRTPWM