第5章進給伺服系統(tǒng)

1、提提要要本章介紹進給伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，敘本章介紹進給伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，敘述步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機等述步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機等伺服驅(qū)動元件的結(jié)構(gòu)及調(diào)速方法，闡述開環(huán)伺伺服驅(qū)動元件的結(jié)構(gòu)及調(diào)速方法，闡述開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理。服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理。學時：學時：4 4學時學時目目標標 掌握伺服系統(tǒng)的功能、分類及其特點：數(shù)控機床掌握伺服系統(tǒng)的功能、分類及其特點：數(shù)控機床 對伺服系統(tǒng)的要求對伺服系統(tǒng)的要求v 掌握開環(huán)伺服系統(tǒng)的組成及工作原理掌握開環(huán)伺服系統(tǒng)的組成及工作原理v 了解和掌握步進電機的結(jié)構(gòu)、工作原理、脈沖分配了解和

2、掌握步進電機的結(jié)構(gòu)、工作原理、脈沖分配v 方式方式v了解直流和交流伺服電機位置控制原理了解直流和交流伺服電機位置控制原理建建議議本章內(nèi)容既有理論分析，又有實驗研本章內(nèi)容既有理論分析，又有實驗研究。學習中，應特別注意各種伺服驅(qū)究。學習中，應特別注意各種伺服驅(qū)動元件的調(diào)速方法和調(diào)速原理，了解動元件的調(diào)速方法和調(diào)速原理，了解各種驅(qū)動元件之間的性能比較及其應各種驅(qū)動元件之間的性能比較及其應用場合。用場合。第一節(jié) 概 述 伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，經(jīng)變

3、換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是轉(zhuǎn)運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。數(shù)控機床的重要組成部分。 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅(qū)動系數(shù)控機床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、伺服機構(gòu)或伺服單元。該系統(tǒng)包括了大量的電力統(tǒng)、伺服機構(gòu)或伺服單元。該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復雜，綜合性強電子器件，結(jié)構(gòu)復雜，綜合性強。 進給伺服系統(tǒng)的定義及組成進給伺服系統(tǒng)的定義及組成1. . 定義：定義： 進給伺服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)(Feed (Feed Servo S

4、ystem)Servo System)以移動部件的以移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)。一、進給伺服系統(tǒng)的定義及組成一、進給伺服系統(tǒng)的定義及組成 進給伺服系統(tǒng)的作用進給伺服系統(tǒng)的作用 接受數(shù)控裝置發(fā)出的進給速度和位移指令信號，由伺服驅(qū)動裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機和機械傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床的工作臺等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給或快速運動。 進給伺服系統(tǒng)能根據(jù)指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運動速度與位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定規(guī)律運動所合成的運動軌跡。 如把數(shù)控裝置比作數(shù)控機床“大腦”，是發(fā)布“命令”的指揮機構(gòu)，則伺服系統(tǒng)就是數(shù)控機床的“四肢”，是執(zhí)行“命

5、令”的機構(gòu)。 組成： 進給伺服系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：位置控制單元；速度控制單元；驅(qū)動元件(電機)；檢測與反饋單元；機械執(zhí)行部件。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元+-電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋第一節(jié) 概 述 圖5-1 進給伺服系統(tǒng)組成 NC NC機床對數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的要求機床對數(shù)控進給伺服系統(tǒng)的要求q 調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性( (在調(diào)速范圍內(nèi)在調(diào)速范圍內(nèi)) ) 調(diào)速范圍：調(diào)速范圍： 一般要求：一般要求： 穩(wěn)定性：指輸出速度的波動要少，尤其是在穩(wěn)定性：指輸出速度的波動要少，尤其是在低速時

6、的平穩(wěn)性顯得特別重要。低速時的平穩(wěn)性顯得特別重要。minmaxnnRn 輸出位置精度要高輸出位置精度要高 靜態(tài)靜態(tài)：定位精度和重復定位精度要高，即定位誤差：定位精度和重復定位精度要高，即定位誤差和重復定位誤差要小。和重復定位誤差要小。( (尺寸精度尺寸精度) ) 動態(tài)動態(tài)：跟隨精度，這是動態(tài)性能指標，用跟隨誤差：跟隨精度，這是動態(tài)性能指標，用跟隨誤差表示。表示。 ( (輪廓精度輪廓精度) ) 靈敏度靈敏度要高，有足夠高的分辯率。要高，有足夠高的分辯率。 負載特性要硬負載特性要硬 在系統(tǒng)負載范圍內(nèi)，在系統(tǒng)負載范圍內(nèi)，q當負載變化時，輸出速當負載變化時，輸出速度應基本不變。即度應基本不變。即F F

7、盡盡可能小；可能??；q當負載突變時，要求速當負載突變時，要求速度的恢復時間短且無振度的恢復時間短且無振蕩。即蕩。即t t盡可能短；盡可能短；q應有足夠的過載能力。應有足夠的過載能力。 這是要求伺服系統(tǒng)有良好的這是要求伺服系統(tǒng)有良好的靜態(tài)與動態(tài)剛度。靜態(tài)與動態(tài)剛度。 t F t F 響應速度快且無超調(diào)響應速度快且無超調(diào) 這是對伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的這是對伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的要求，即在無超調(diào)的前提下，執(zhí)要求，即在無超調(diào)的前提下，執(zhí)行部件的運動速度的建立時間行部件的運動速度的建立時間 t tp p 應盡可能短。應盡可能短。 通常要求從通常要求從 0F0Fmaxmax（F Fmaxmax00），其時間應小于

8、），其時間應小于200ms200ms，且不能有超調(diào)，否則對機械部件且不能有超調(diào)，否則對機械部件不利，有害于加工質(zhì)量。不利，有害于加工質(zhì)量。 t F tp 能可逆運行和頻繁靈活啟停能可逆運行和頻繁靈活啟停。 系統(tǒng)的可靠性高系統(tǒng)的可靠性高，維護使用方便，成本低。，維護使用方便，成本低。 綜上所述：綜上所述：q對伺服系統(tǒng)的要求包括靜態(tài)和動態(tài)特性兩方面；對伺服系統(tǒng)的要求包括靜態(tài)和動態(tài)特性兩方面；q對高精度的數(shù)控機床，對其動態(tài)性能的要求更對高精度的數(shù)控機床，對其動態(tài)性能的要求更嚴。嚴。 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)按其控制原理和有無位數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)按其控制原理和有無位置反饋裝置分為置反饋裝置分為開環(huán)開環(huán)和和閉

9、環(huán)閉環(huán)伺服系統(tǒng)；伺服系統(tǒng)； 按其用途和功能分為按其用途和功能分為進給伺服系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)和和主軸伺主軸伺服系統(tǒng)服系統(tǒng)； 按其驅(qū)動執(zhí)行元件的動作原理分為按其驅(qū)動執(zhí)行元件的動作原理分為電液伺服電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)和和電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)又分為電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)又分為直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)及及直線電動機伺服系統(tǒng)直線電動機伺服系統(tǒng)。第二節(jié)第二節(jié) 伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)的分類 開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進電機作為驅(qū)動元件，沒有位置反饋回路開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進電機作為驅(qū)動元件，沒有位置反饋回路和速度反饋回路，因此設(shè)備投資低，調(diào)試維修方便

10、，但精度差，和速度反饋回路，因此設(shè)備投資低，調(diào)試維修方便，但精度差，高速扭矩小，主要用于中、低檔數(shù)控機床及普通機床改造。高速扭矩小，主要用于中、低檔數(shù)控機床及普通機床改造。 步進電機轉(zhuǎn)過的角度與指令脈沖個數(shù)成正比，其速度由進給脈步進電機轉(zhuǎn)過的角度與指令脈沖個數(shù)成正比，其速度由進給脈沖的頻率決定。沖的頻率決定。 特點：特點：沒有位置測量裝置，信號流是單向的沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置（數(shù)控裝置進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電機電機機械執(zhí)行部件機械執(zhí)行部件A A相、相、B B相相C C相、相、f f、n nCNCCNC插補指令插補指令脈沖頻率脈沖頻率f f脈

11、沖個數(shù)脈沖個數(shù)n n換算換算脈沖環(huán)脈沖環(huán)形分配形分配變換變換功率功率放大放大開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝置裝置( (常用伺服電機常用伺服電機) )或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。位置控制調(diào)位置控制調(diào)節(jié)器節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單檢測與反饋單元元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+ + +- - -電機電機機械執(zhí)行部件機械執(zhí)行部件CNCCNC

12、插插補補指令指令實際實際位置位置反饋反饋實際實際速度速度反饋反饋 全閉環(huán)伺服系統(tǒng)全閉環(huán)伺服系統(tǒng) 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。直接對運動部件的實際位置進行檢測。位置控制調(diào)位置控制調(diào)節(jié)器節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋檢測與反饋單元單元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+ + +- - -電機電機機械執(zhí)行部件機械執(zhí)行部件CNCCNC插插補補指令指令實際實際位置位置反饋反饋實際實際速度速度反饋反饋 進給驅(qū)動系統(tǒng)與主軸驅(qū)動系統(tǒng)進給驅(qū)動系統(tǒng)與主軸驅(qū)動系統(tǒng) 進給伺服系統(tǒng)包括速度控制環(huán)和

13、位置控制環(huán)，用進給伺服系統(tǒng)包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)，用于數(shù)控機床工作臺或刀架坐標的控制系統(tǒng)，控制機床于數(shù)控機床工作臺或刀架坐標的控制系統(tǒng)，控制機床各坐標軸的切削進給運動，并提供切削過程所需轉(zhuǎn)矩。各坐標軸的切削進給運動，并提供切削過程所需轉(zhuǎn)矩。主軸伺服系統(tǒng)只是一個速度控制系統(tǒng)，控制機床主軸主軸伺服系統(tǒng)只是一個速度控制系統(tǒng)，控制機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動，為機床主軸提供驅(qū)動功率和所需的切削的旋轉(zhuǎn)運動，為機床主軸提供驅(qū)動功率和所需的切削力，且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。力，且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)與直線電直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)與直線電動機伺服系統(tǒng)動機伺服系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng)就是控制直流

14、電機的系統(tǒng)。目前使直流伺服系統(tǒng)就是控制直流電機的系統(tǒng)。目前使用比較多的是永磁式直流伺服電機。永磁直流伺服電用比較多的是永磁式直流伺服電機。永磁直流伺服電機（也稱為大慣量寬調(diào)速直流伺服電機），調(diào)速范圍機（也稱為大慣量寬調(diào)速直流伺服電機），調(diào)速范圍寬，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，而且電機轉(zhuǎn)動慣量較寬，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，而且電機轉(zhuǎn)動慣量較大，應用較方便。大，應用較方便。 但直流電機有電刷，限制了轉(zhuǎn)速的提高，而且結(jié)構(gòu)復雜，價格也高。進入20世紀80年代后，由于交流電機調(diào)速技術(shù)的突破，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)進入電氣傳動調(diào)速控制的各個領(lǐng)域。交流伺服電機，轉(zhuǎn)子慣量比直流電機小，動態(tài)響應好。而且容易維修，制造簡單

15、，適合于在較惡劣環(huán)境中使用，易于向大容量、高速度方向發(fā)展，其性能更加優(yōu)異，已達到或超過直流伺服系統(tǒng)，交流伺服電機已在數(shù)控機床中得到廣泛應用。 直線電動機的實質(zhì)是把旋轉(zhuǎn)電動機沿徑向剖開，然后拉直演變而成，利用電磁作用原理，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動動能的一種推力裝置，是一種較為理想的驅(qū)動裝置。 在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與旋轉(zhuǎn)電動機的最大區(qū)別是取消了從電動機到工作臺之間的機械傳動環(huán)節(jié)，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零。正由于這種傳動方式，帶來了旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動方式無法達到的性能指標和優(yōu)點。步進電動機又稱脈沖電動機。對應每一個指令脈沖，步步進電動機又稱脈沖電動機。對應每一個指令脈沖，步進電

16、機就旋轉(zhuǎn)一個規(guī)定角度進電機就旋轉(zhuǎn)一個規(guī)定角度( (步距角步距角) )。步進電動機輸出角位移量步進電動機輸出角位移量與輸入指令脈沖數(shù)與輸入指令脈沖數(shù)K K成正比；成正比；步進電動機的轉(zhuǎn)速步進電動機的轉(zhuǎn)速n n與脈沖指令脈沖與脈沖指令脈沖f f頻率成正比。頻率成正比。第三節(jié)第三節(jié) 步進電機的工作原理、結(jié)構(gòu)及特性步進電機的工作原理、結(jié)構(gòu)及特性在步進電機負載能力允許下，這種線性關(guān)系隨著負載變化等因素而變化，可在較寬范圍內(nèi)；通過對指令脈沖頻率和數(shù)量的控制，控制機床運動速度和位置。機理機理：步進電機是利用電磁鐵原理，將脈沖信號步進電機是利用電磁鐵原理，將脈沖信號 轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機。每來一個轉(zhuǎn)換成

17、線位移或角位移的電機。每來一個 電脈沖，電機轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機械移電脈沖，電機轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機械移 動一小段距離。動一小段距離。特點特點：(1)(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。 (2)(2)控制脈沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速?？刂泼}沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速。 (3)(3)改變脈沖順序，改變方向。改變脈沖順序，改變方向。步進電機的實物圖步進電機的實物圖種類種類： 有勵磁式和反應式兩種。兩種的區(qū)別在于勵磁式步有勵磁式和反應式兩種。兩種的區(qū)別在于勵磁式步進電機的轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，反應式步進電機的轉(zhuǎn)子進電機的轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，反應式步進電機的轉(zhuǎn)子上沒有勵磁線圈。上沒有勵磁線圈。

18、應用：應用： 步進電機應用廣泛。如數(shù)控機床、自動繪圖儀等步進電機應用廣泛。如數(shù)控機床、自動繪圖儀等設(shè)備中都得到應用。設(shè)備中都得到應用。 下面以反應式步進電機為例說明步進電機的結(jié)構(gòu)下面以反應式步進電機為例說明步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。和工作原理。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)步進電機主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均步進電機主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均由磁性材料構(gòu)成，其上分別有六個、四個磁極由磁性材料構(gòu)成，其上分別有六個、四個磁極 。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子繞組定子繞組定子上有繞組分為若干相，每相磁極上有極齒。定子上有繞組分為若干相，每相磁極上有極齒。左圖為三相定子：左圖為三相定子：AA,BB,CCAA,BB

19、,CCA A、B B、C C三相每相兩極，三相每相兩極，每極上五個齒每極上五個齒定子定子五個極齒五個極齒 定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相。組成一相。 注意：注意：這里的相和三相交流電中的這里的相和三相交流電中的“相相”的概念的概念不同。步進電機通的是直流電脈沖，這主要是指線不同。步進電機通的是直流電脈沖，這主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。A AB BC C定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子I IA AI IB BI IC C定子上線圈的繞法定子上線圈的繞法轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上有均勻分布的轉(zhuǎn)子上有均勻分布的齒，沒有繞組。齒，沒有繞組。轉(zhuǎn)

20、子齒間夾角為轉(zhuǎn)子齒間夾角為9 9o o后面以四十齒為例來后面以四十齒為例來說明步進電機的原理說明步進電機的原理工作方式工作方式 步進電機的工作方式可分為：步進電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。單雙六拍、三相雙三拍等。（一）、三相單三拍（一）、三相單三拍（1 1）三相繞組聯(lián)接方式：）三相繞組聯(lián)接方式：Y Y 型型（2 2）三相繞組中的通電順序為：）三相繞組中的通電順序為：A A 相相 B B 相相 C C 相相通電順序也可以為：通電順序也可以為： A A 相相 C C 相相 B B 相相 （3 3）工作過程）工作過程吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁

21、路的吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。A A 相通電，相通電，A A 方向的磁通方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，用下，轉(zhuǎn)子被磁化，A A 相通電使轉(zhuǎn)子相通電使轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒和齒和 AA AA 對齊對齊。C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 2C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 2同理，同理，B B相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子2 2、4 4齒和齒和B B相軸

22、線對齊，相相軸線對齊，相對對A A相通電位置轉(zhuǎn)相通電位置轉(zhuǎn)3030 ；C C相通電再轉(zhuǎn)相通電再轉(zhuǎn)3030 。1 1CC3 34 42 2C CAAB BBBA A 這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。單三拍。三相單三拍的特點：三相單三拍的特點：（1 1）每來一個電脈沖，）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 3030 。此角稱為。此角稱為步距角，用步距角，用 S S表示。表示。（2 2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相

23、線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。（二）、三相單雙六拍（二）、三相單雙六拍三相繞組的通電順序為：三相繞組的通電順序為： A AABABB BBCBCC CCACAA A 共六拍。共六拍。工作過程：工作過程：A A 相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒和齒和A A相對齊。相對齊。C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 2所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA AA 通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了1515。（1 1）BB BB 磁場對磁場對 2 2、4 4 齒有磁拉力，該拉力齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時針方向

24、轉(zhuǎn)動。使轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。A A、B B 相同時通電相同時通電（2 2）AA AA 磁場繼續(xù)對磁場繼續(xù)對1 1、3 3齒有拉力。齒有拉力。C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 2總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為為三相六拍，步距角為1515 。C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 2B B 相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2 2、4 4齒和齒和B B相對齊，又轉(zhuǎn)了相對齊，又轉(zhuǎn)了1515 。（三）、三相雙三拍（三）、三相雙三拍三相繞組的通電順序為：三相繞組的通電順序為： ABAB BCBC CACA AB

25、AB 共三拍。共三拍。AB AB 通電通電C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 2C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 2BC BC 通電通電以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)3030 ，即，即 S S = 30= 30 。CACA通電通電C CAAB BBBCCA A3 34 41 12 2小步距角的步進電動機小步距角的步進電動機 實際采用的步進電機

26、的步距角多為實際采用的步進電機的步距角多為3 3度和度和1.51.5度，步距角越小，機加工的精度越高。度，步距角越小，機加工的精度越高。為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)子圖中轉(zhuǎn)子4040個齒，定子仍是個齒，定子仍是 6 6個磁極，但每個磁個磁極，但每個磁極上也有五個齒。極上也有五個齒。轉(zhuǎn)子的齒距轉(zhuǎn)子的齒距等于等于360360 / 40=9/ 40=9 ，齒寬、齒槽各，齒寬、齒槽各4.54.5 。 為使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，為使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。結(jié)論：1.1.步進電機定子

27、繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子步進電機定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個確定的角度便轉(zhuǎn)過一個確定的角度即步進電機的步距角即步進電機的步距角；2.2.改變步進電機定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向改變步進電機定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向?qū)㈦S之改變；將隨之改變；3.3.步進電機定子繞組通電狀態(tài)的變換頻率越高，轉(zhuǎn)子的步進電機定子繞組通電狀態(tài)的變換頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高；轉(zhuǎn)速越高；4.4.步進電機的步距角步進電機的步距角與定子繞組的相數(shù)與定子繞組的相數(shù)m m，轉(zhuǎn)子的齒，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)數(shù)z z，通電方式，通電方式K K有關(guān)，由如下關(guān)系：有關(guān)，由如下關(guān)系：式中，三相三拍時（式中，三相

28、三拍時（m m相相m m拍）時：拍）時：K K1 1； 三相六拍（三相六拍（m m相相2m2m拍）時：拍）時：K K2 2。 )(3600mzK如右圖所示步進電機，若轉(zhuǎn)子齒數(shù)如右圖所示步進電機，若轉(zhuǎn)子齒數(shù)z z4040，以三相三拍通電時，步距角為以三相三拍通電時，步距角為圖圖4 432 32 反應式三相步進電機工作原理圖反應式三相步進電機工作原理圖031403360360mzK 相數(shù) 分配方式 名稱狀態(tài)數(shù)K步距角33344445555：mmAB CAB B C C AAAB B B C C CAAB C DAB B C C DDAAAB B B C C C DDDAAB AB C BC B C

29、 DC DC DADADABAB C DEAB B C C DDE E AAB B B C C C DDDE E E AAABABCBCBCDCDCDE DE DEAEA E AB三相單三狀態(tài)三相雙三狀態(tài)三相六狀態(tài)四相單四狀態(tài)四相雙四狀態(tài)四相八狀態(tài)四相八狀態(tài)五相單五狀態(tài)五相雙五狀態(tài)五相十狀態(tài)五相十狀態(tài)：m相m狀態(tài)m相2 m狀態(tài)3364488551 01 0m2 m11211221122123 6 00/ 3 z3 6 00/ 3 z3 6 00/ 6 z3 6 00/ 4 z3 6 00/ 4 z3 6 00/ 8 z3 6 00/ 8 z3 6 00/ 5 z3 6 00/ 5 z3 6 0

30、0/ 1 0 z3 6 00/ 1 0 z3 6 00/ mz3 6 00/ 2 mz以三相六拍通電時，以三相六拍通電時，步距角為步距角為 各種步進電機的不同分配方式及相應的步距角各種步進電機的不同分配方式及相應的步距角is0360 步距角是兩個相臨脈沖時間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。一般步距角是兩個相臨脈沖時間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。一般來說步距角越小來說步距角越小, ,控制越精確。同一相數(shù)的步進電機可控制越精確。同一相數(shù)的步進電機可有兩種步距角。有兩種步距角。 通常為通常為1.2/0.61.2/0.6、1.5/0.751.5/0.75、1.8/0.91.8/0.9、3/1.53/1.5度等。度等。步距誤差

31、直接影響執(zhí)行部件的定位精度步距誤差直接影響執(zhí)行部件的定位精度. .步進電動機單步進電動機單相通電時相通電時, ,步距誤差取決于定子和轉(zhuǎn)子的分齒精度步距誤差取決于定子和轉(zhuǎn)子的分齒精度, ,和和各相定子錯位角度的精度。各相定子錯位角度的精度。二、步進電機的主要性能指標二、步進電機的主要性能指標 1.1. 步距角和步距誤差步距角和步距誤差 步距誤差是指步進電機運行時，轉(zhuǎn)子每一步實際轉(zhuǎn)步距誤差是指步進電機運行時，轉(zhuǎn)子每一步實際轉(zhuǎn)過的角度與理論步距角之差值。連續(xù)走若干步時，上過的角度與理論步距角之差值。連續(xù)走若干步時，上述步距誤差的累積值稱為步距的累積誤差。由于步進述步距誤差的累積值稱為步距的累積誤差。

32、由于步進電機轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，將重復上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，步進電電機轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，將重復上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，步進電機的步距累積誤差將以一轉(zhuǎn)為周期重復出現(xiàn)。機的步距累積誤差將以一轉(zhuǎn)為周期重復出現(xiàn)。 2. 2. 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與矩角特性靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與矩角特性 當步進電機上某相定子繞組通電之后，轉(zhuǎn)當步進電機上某相定子繞組通電之后，轉(zhuǎn)子齒力求與定子齒對齊，使磁路中磁阻最小，子齒力求與定子齒對齊，使磁路中磁阻最小，轉(zhuǎn)子處在平衡位置不動（轉(zhuǎn)子處在平衡位置不動（0 0）。）。 如在電機軸上外加一負載轉(zhuǎn)矩如在電機軸上外加一負載轉(zhuǎn)矩M Mz z，轉(zhuǎn)子會，轉(zhuǎn)子會偏離平衡位置向負載轉(zhuǎn)矩方向轉(zhuǎn)過一個角度偏離平衡位置向負載轉(zhuǎn)矩方向轉(zhuǎn)過一個角度

33、，稱為失調(diào)角。稱為失調(diào)角。有失調(diào)角之后，步進電機就產(chǎn)生有失調(diào)角之后，步進電機就產(chǎn)生一個靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，這時靜態(tài)轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩。一個靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，這時靜態(tài)轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系叫矩角特性，如圖的關(guān)系叫矩角特性，如圖5-35-3，近似為正弦曲線。近似為正弦曲線。該矩角特性上的靜態(tài)該矩角特性上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩MjmaxMjmax。在靜態(tài)穩(wěn)。在靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，定區(qū)內(nèi)，當外加負載轉(zhuǎn)矩除去時，轉(zhuǎn)子在電磁當外加負載轉(zhuǎn)矩除去時，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩作用下，仍能回到穩(wěn)定平衡點位置（轉(zhuǎn)矩作用下，仍能回到穩(wěn)定平衡點位置（0 0）。）。 圖5-3 靜態(tài)矩角特性

34、O Mjmax M 靜態(tài)穩(wěn)定區(qū) - -/2 /2 3.3.最大啟動轉(zhuǎn)矩最大啟動轉(zhuǎn)矩 圖圖5-45-4為三相單三拍矩角特性曲線，圖中為三相單三拍矩角特性曲線，圖中的的A A、B B分別是相鄰分別是相鄰A A相和相和B B相的靜態(tài)矩角特性曲相的靜態(tài)矩角特性曲線，線，它們的交點所對應的轉(zhuǎn)矩是步進電機的最它們的交點所對應的轉(zhuǎn)矩是步進電機的最大啟動轉(zhuǎn)矩大啟動轉(zhuǎn)矩。如果外加負載轉(zhuǎn)矩大于，電機就。如果外加負載轉(zhuǎn)矩大于，電機就不能啟動。如圖不能啟動。如圖5-45-4所示所示, ,當當A A相通電時，若外相通電時，若外加負載轉(zhuǎn)矩，對應的失調(diào)角為，當勵磁電流由加負載轉(zhuǎn)矩，對應的失調(diào)角為，當勵磁電流由A A相切換到

35、相切換到B B相時，對應角，相時，對應角，B B相的靜轉(zhuǎn)矩為。相的靜轉(zhuǎn)矩為。從圖中看出從圖中看出, ,電機不能帶動負載做步進運動，電機不能帶動負載做步進運動，因而啟動轉(zhuǎn)矩是電機能帶動負載轉(zhuǎn)動的極限轉(zhuǎn)因而啟動轉(zhuǎn)矩是電機能帶動負載轉(zhuǎn)動的極限轉(zhuǎn)矩。矩。a bA B C圖5-4 步進電機的啟動轉(zhuǎn)矩 4. 4. 啟動頻率啟動頻率 空載時，步進電機由靜止狀態(tài)突然起動，空載時，步進電機由靜止狀態(tài)突然起動，并進入不失步的正常運行的最高頻率，稱為并進入不失步的正常運行的最高頻率，稱為啟啟動頻率或突跳頻率動頻率或突跳頻率， 加給步進電機的指令脈沖頻率如大于啟動加給步進電機的指令脈沖頻率如大于啟動頻率，就不能正常工

36、作。步進電機在帶負載下頻率，就不能正常工作。步進電機在帶負載下的啟動頻率比空載要低。而且，隨著負載加大的啟動頻率比空載要低。而且，隨著負載加大啟動頻率會進一步降低。啟動頻率會進一步降低。 5. 5. 連續(xù)運行頻率連續(xù)運行頻率 步進電機起動后，其運行速度能根據(jù)指令步進電機起動后，其運行速度能根據(jù)指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率，脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率，稱為連續(xù)運行頻率。其值遠大于啟動頻率，它稱為連續(xù)運行頻率。其值遠大于啟動頻率，它也隨著電機所帶負載的性質(zhì)和大小而異，與驅(qū)也隨著電機所帶負載的性質(zhì)和大小而異，與驅(qū)動電源也有很大關(guān)系。動電源也有很大關(guān)系。 6. 6. 矩頻特性

37、與動態(tài)轉(zhuǎn)矩矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩 矩頻特性是描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時矩頻特性是描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系（見下輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系（見下圖），圖），該特性上每一個頻率對應的轉(zhuǎn)矩稱為動該特性上每一個頻率對應的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。態(tài)轉(zhuǎn)矩。當步進電機正常運行時，若輸入脈沖當步進電機正常運行時，若輸入脈沖頻率逐漸增加，則電動機所能帶動負載轉(zhuǎn)矩將頻率逐漸增加，則電動機所能帶動負載轉(zhuǎn)矩將逐漸下降。在使用時，一定要考慮動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨逐漸下降。在使用時，一定要考慮動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運行頻率的上升而下降的特點。連續(xù)運行頻率的上升而下降的特點。 M M 矩頻特性矩頻特性 f f 典

38、型進給伺服系統(tǒng)典型進給伺服系統(tǒng)( (位置控制位置控制) )一. 開環(huán)進給伺服系統(tǒng)開環(huán)進給伺服系統(tǒng)(Open-Loop System)(Open-Loop System)q 不帶位置測量反饋裝置的系統(tǒng)；不帶位置測量反饋裝置的系統(tǒng)；q 驅(qū)動電機只能用步進電機；驅(qū)動電機只能用步進電機；q 主要用于經(jīng)濟型數(shù)控或普通機床的數(shù)控化改造主要用于經(jīng)濟型數(shù)控或普通機床的數(shù)控化改造A相、B相C相、A相、B相C相、f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大步進電機步進電機開環(huán)系統(tǒng)設(shè)計步進電機開環(huán)系統(tǒng)設(shè)計 步進電機開環(huán)系統(tǒng)設(shè)計要解決的主要問題：步進電機開環(huán)系統(tǒng)設(shè)計要解決的主要問題： 動力計算

39、動力計算 、傳動計算、傳動計算、 驅(qū)動電路設(shè)計或選擇驅(qū)動電路設(shè)計或選擇 目的：傳動計算選擇合適的參數(shù)以滿足脈沖當量目的：傳動計算選擇合適的參數(shù)以滿足脈沖當量 和進和進 給速度給速度F F的要求。的要求。 圖中：圖中：f f 脈沖頻率（脈沖頻率（H HZ Z ） 步距角步距角 （度）（度） Z Z1 1、Z Z2 2 傳動齒輪齒數(shù)傳動齒輪齒數(shù) t t 螺距螺距( (mmmm) ) 脈沖當量（脈沖當量（mmmm）步進電機Z1Z2tf，脈沖當量脈沖當量是指數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出一個指令脈沖，工作臺所移動的距離。是指數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出一個指令脈沖，工作臺所移動的距離。它決定了數(shù)控機床的加工精度和驅(qū)動系統(tǒng)的最高工作頻率

40、。它決定了數(shù)控機床的加工精度和驅(qū)動系統(tǒng)的最高工作頻率。 1 1傳動計算傳動計算 如下圖所示的直線進給系統(tǒng)，進給系統(tǒng)的脈沖當量為如下圖所示的直線進給系統(tǒng)，進給系統(tǒng)的脈沖當量為(mm)(mm)，步進電機的步距角為，步進電機的步距角為，齒輪傳動鏈的傳動比為，齒輪傳動鏈的傳動比為i i，滾珠絲杠的導程為，滾珠絲杠的導程為t(mm)t(mm)，它們之間的關(guān)系如下：，它們之間的關(guān)系如下：si0360則有則有 對于圖(b)所示的圓周進給系統(tǒng)(如數(shù)控轉(zhuǎn)臺等)，設(shè)脈沖當量為0，蝸桿為Zk頭，蝸輪為Zw齒，則有021wkzzzz 步進電機開環(huán)進給系統(tǒng)的脈沖當量一般取為步進電機開環(huán)進給系統(tǒng)的脈沖當量一般取為0.01

41、mm0.01mm或或0.0010.0010 0，也有選用，也有選用0.005-0.002mm0.005-0.002mm或者或者0.0050.0050 0-0.002-0.0020 0，這時，這時脈沖位移的分辨率和精度較高，但是由于進給速度脈沖位移的分辨率和精度較高，但是由于進給速度 v=60fmm/min v=60fmm/min 或或60f(60f(0 0)/min, )/min, 在同樣的最高工作在同樣的最高工作頻率頻率f f時時越小則最大進給速度之值也越小。越小則最大進給速度之值也越小。 步進電機的進給系統(tǒng)使用齒輪傳動，不僅是為了求得必步進電機的進給系統(tǒng)使用齒輪傳動，不僅是為了求得必需的脈

42、沖當量，而且還有滿足結(jié)構(gòu)要求和增大轉(zhuǎn)矩作用。需的脈沖當量，而且還有滿足結(jié)構(gòu)要求和增大轉(zhuǎn)矩作用。 2 2 步進電動機的選擇步進電動機的選擇 總體設(shè)計時，應根據(jù)工件加工精度及表面粗糙度、工總體設(shè)計時，應根據(jù)工件加工精度及表面粗糙度、工件尺寸，最高和最低運行速度等要求，初步確定機械傳動件尺寸，最高和最低運行速度等要求，初步確定機械傳動系統(tǒng)的參數(shù)，如滾珠絲杠的尺寸及螺距系統(tǒng)的參數(shù)，如滾珠絲杠的尺寸及螺距S(mm)S(mm)；電機與絲杠；電機與絲杠聯(lián)接的減速箱的傳動比聯(lián)接的減速箱的傳動比i i。(1) (1) 步距角選擇及脈沖當量的設(shè)定步距角選擇及脈沖當量的設(shè)定 步距角選擇及脈沖當步距角選擇及脈沖當量設(shè)

43、定的原則已如前述。量設(shè)定的原則已如前述。(2)(2)負載力矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇負載力矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇 負載轉(zhuǎn)矩計算，考負載轉(zhuǎn)矩計算，考慮伺服系統(tǒng)等因素的影響，并留有一定裕度慮伺服系統(tǒng)等因素的影響，并留有一定裕度 (3)(3)負載轉(zhuǎn)動慣量估算負載轉(zhuǎn)動慣量估算 依照機床要求的起動頻率，參照電依照機床要求的起動頻率，參照電機的起動慣頻特性、并留有一定裕度，以滿足伺服系統(tǒng)的機的起動慣頻特性、并留有一定裕度，以滿足伺服系統(tǒng)的快速響應及最高運行速度要求。快速響應及最高運行速度要求。 第四節(jié)第四節(jié) 伺服電動機伺服電動機 直流伺服電動機和交流伺服電動機等。直流伺服電動機和交流伺服電動機等。2 2、

44、伺服電動機分類、伺服電動機分類： 伺服電動機的作用是驅(qū)動控制對象。被控對伺服電動機的作用是驅(qū)動控制對象。被控對象的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制，信號電壓的大象的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制，信號電壓的大小和極性改變時，電動機的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟小和極性改變時，電動機的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟著變化著變化。1 1、伺服電動機的作用、伺服電動機的作用一一 直流伺服電機及驅(qū)動直流伺服電機及驅(qū)動 直流電機的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上的，電磁力的大直流電機的工作原理是建立在電磁力定律基礎(chǔ)上的，電磁力的大小正比于電機中的氣隙磁場，直流電機的勵磁繞組所建立的磁場是小正比于電機中的氣隙磁場，直流電機的勵磁繞組所建立的

45、磁場是電機的主磁場，按對勵磁繞組的勵磁方式不同，直流電機可分為：電機的主磁場，按對勵磁繞組的勵磁方式不同，直流電機可分為：他激式、并激式、串激式、復激式、永磁式。他激式、并激式、串激式、復激式、永磁式。2020世紀世紀80-9080-90年代中年代中期，永磁式直流伺服電機在期，永磁式直流伺服電機在NCNC機床中廣泛采用。機床中廣泛采用。功率步進電機用作開環(huán)進給系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置。由它組功率步進電機用作開環(huán)進給系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置。由它組成的開環(huán)進給系統(tǒng)，性能不能滿足使用要求，而且它的性成的開環(huán)進給系統(tǒng)，性能不能滿足使用要求，而且它的性能的提高也受到了很大的限制。因此，從能的提高也受到了很大的限制

46、。因此，從2020世紀世紀6060年代初年代初期出現(xiàn)了小慣量直流伺服電機，期出現(xiàn)了小慣量直流伺服電機，7070年代初出現(xiàn)了大慣量直年代初出現(xiàn)了大慣量直流伺服電機（又稱寬調(diào)速電機）。目前許多數(shù)控機床均采流伺服電機（又稱寬調(diào)速電機）。目前許多數(shù)控機床均采用了大慣量直流伺服電機組成的閉環(huán)或半閉環(huán)進給系統(tǒng)用了大慣量直流伺服電機組成的閉環(huán)或半閉環(huán)進給系統(tǒng)直流伺服電動機伺服系統(tǒng)直流伺服電動機伺服系統(tǒng) 直流伺服電動機與一般直流電機的基本原理是完全直流伺服電動機與一般直流電機的基本原理是完全相同的，所示轉(zhuǎn)子上的載流導體（即電樞繞組）在定子相同的，所示轉(zhuǎn)子上的載流導體（即電樞繞組）在定子磁場中，受到電磁轉(zhuǎn)距磁場

47、中，受到電磁轉(zhuǎn)距M M的作用，使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。的作用，使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。直流伺服電動機的調(diào)速直流伺服電動機的調(diào)速：1.1.改變電樞電阻改變電樞電阻U;U;2.2.改變磁通量改變磁通量; ;改變激磁回路的電阻改變激磁回路的電阻R RJ J以改變激磁電流以改變激磁電流I Ij, j, 可以達到改變磁通的目的可以達到改變磁通的目的; ;3.3.在電樞回路串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻在電樞回路串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻; ;4.4.在激磁回路串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻在激磁回路串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻. .結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：與直流電動機基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做與直流電動機基本相同。為減小轉(zhuǎn)動慣量做得細長一些。得細長一些。工作原理：工作原理：與直流電動機相同。與直

48、流電動機相同。供電方式：供電方式：他勵。勵磁繞組和電樞他勵。勵磁繞組和電樞( (繞組繞組) )由兩個由兩個獨立電源供電：獨立電源供電：M MU U1 1I If fI Ia aU U2 2放放大大器器U UU U1 1為勵磁電壓，為勵磁電壓，U U2 2為電樞電壓。為電樞電壓。由機械特性可知：由機械特性可知：(1)(1)勵磁電壓勵磁電壓U U1 1（即磁通（即磁通 ）不變時，一定的負載下，電樞電壓）不變時，一定的負載下，電樞電壓U U2 2 , ,n n 。(2)(2)電樞電壓電樞電壓U U2 2=0=0時，電機立即停轉(zhuǎn)。時，電機立即停轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：電樞電壓的極性改變，電機反轉(zhuǎn)。電樞電壓的極

49、性改變，電機反轉(zhuǎn)。直流伺服電機的機械特性直流伺服電機的機械特性公式與他勵直流電機一樣：公式與他勵直流電機一樣：TKKRKUnTEaE22機械特性曲線機械特性曲線U U2 20.8U0.8U2 20.6U0.6U2 20.4U0.4U2 2n nT T 直流伺服電機的特性較交流伺服直流伺服電機的特性較交流伺服電機硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中，電機硬。經(jīng)常用在功率稍大的系統(tǒng)中，它的輸出功率一般為它的輸出功率一般為1-600W1-600W。其用途。其用途很多，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。很多，如隨動系統(tǒng)中的位置控制等。應用：應用：直流伺服電機的特點過載倍數(shù)大，時間長； 具有大的轉(zhuǎn)矩/慣量比，電機的加速

50、大，響應快。低速轉(zhuǎn)矩大，慣量大，可與絲桿直接相聯(lián)，省去了齒輪等傳動機構(gòu)?？商岣吡藱C床的加工精度。調(diào)速范圍大，與高性能的速度控制單元組成速度控制系統(tǒng)時，調(diào)速范圍超過12000。帶有高精度的檢測元件(包括速度和轉(zhuǎn)子位置檢測元件)； 電機允許溫度可達150180，由于轉(zhuǎn)子溫度高，它可通過軸傳到機械上去，這會影響機床的精度由于轉(zhuǎn)子慣性較大，因此電源裝置的容量以及機械傳動件等的剛度都需相應增加。電刷、維護不便二、交流伺服電機及驅(qū)動二、交流伺服電機及驅(qū)動 由于直流伺服電機具有優(yōu)良的調(diào)速性能，由于直流伺服電機具有優(yōu)良的調(diào)速性能， 8080年代初至年代初至9090年代中，在要求調(diào)速性能較高的年代中，在要求調(diào)速

51、性能較高的場合，直流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)的應用一直占據(jù)場合，直流伺服電機調(diào)速系統(tǒng)的應用一直占據(jù)主導地位。但其卻存在一些固有的缺點，即：主導地位。但其卻存在一些固有的缺點，即：電刷和換向器易磨損，維護麻煩電刷和換向器易磨損，維護麻煩結(jié)構(gòu)復雜，制造困難，成本高結(jié)構(gòu)復雜，制造困難，成本高 而交流伺服電機則沒有上述缺點。特別是而交流伺服電機則沒有上述缺點。特別是在同樣體積下，交流伺服電機的輸出功率比直在同樣體積下，交流伺服電機的輸出功率比直流電機提高流電機提高10%10%70%70%，且可達到的轉(zhuǎn)速比直流，且可達到的轉(zhuǎn)速比直流電機高。因此，人們一直在尋求交流電機調(diào)速電機高。因此，人們一直在尋求交流電機調(diào)速

52、方案來取代直流電機調(diào)速的方案。方案來取代直流電機調(diào)速的方案。 在交流伺服系統(tǒng)中，按電機種類可分在交流伺服系統(tǒng)中，按電機種類可分為同步型和異步型（感應電機）兩種。為同步型和異步型（感應電機）兩種。 數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中多采用永磁數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中多采用永磁式同步電機，同步電機的轉(zhuǎn)速是由供電式同步電機，同步電機的轉(zhuǎn)速是由供電頻率所決定的，即在電源電壓和頻率固頻率所決定的，即在電源電壓和頻率固定不變時，其轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變。由變頻電定不變時，其轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變。由變頻電源供電給同步電機時，能方便地獲得與源供電給同步電機時，能方便地獲得與頻率成正比的可變速度，可以得到非常頻率成正比的可變速度，可以得到非常硬的機械特性及寬的調(diào)速范圍。硬的機械特性及寬的調(diào)速范圍。 交流伺服電動機交流伺服電動機 原理原理與兩相交流異步電機相同，定子上裝有兩與兩相交流異步電機相同，定子上裝有兩個繞組個繞組 勵磁繞組和控制繞組。勵磁繞組和控制繞組。勵磁繞組和控制繞組在空間相隔勵磁繞組和控制繞組在空間相隔9090 。控制繞組控制繞組勵磁繞組勵磁繞組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子勵磁繞組中串聯(lián)電容勵磁繞組中串聯(lián)電容C C 的目的是為了產(chǎn)生兩相旋的目的是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)磁場。接線：接線：勵磁繞組的接線勵磁繞組的接線放放大大器器控制繞組的接線控制繞組的接線檢檢測測元元件件控制信號控制信號UI1U1UUcU2I2