第三章伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)-課件

第三章伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類典型驅(qū)動(dòng)元件及其控制功率驅(qū)動(dòng)接口2020/10/281第三章伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類2020/10/28第一節(jié)

伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)2020/10/282第一節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)2020/10/282精品資料3精品資料3

伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)根據(jù)控制指令信息，控制驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件按照指令要求運(yùn)動(dòng)的一種控制技術(shù)。主要用于：機(jī)械設(shè)備位置、速度的動(dòng)態(tài)控制。2020/10/284伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)根據(jù)控制指令信息，控制驅(qū)動(dòng)元件

伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成：控制器驅(qū)動(dòng)元件被控對(duì)象檢測(cè)裝置輸入輸出＋－伺服系統(tǒng)的組成2020/10/285伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成：控制器驅(qū)動(dòng)元件

伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類控制器驅(qū)動(dòng)元件被控對(duì)象檢測(cè)裝置根據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)決定控制策略。將輸入能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象完成指令規(guī)定的動(dòng)作。檢測(cè)指令的執(zhí)行情況，并報(bào)告給控制器。穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確2020/10/286伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類控制器根據(jù)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)決定控

伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類伺服系統(tǒng)的分類：按驅(qū)動(dòng)元件的性質(zhì)分為液壓（氣動(dòng)）伺服系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)按控制方式分為開環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)步進(jìn)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)？2020/10/287伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類伺服系統(tǒng)的分類：按驅(qū)動(dòng)元件的性質(zhì)分

伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類開環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：開環(huán)伺服系統(tǒng)：無反饋控制優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、技術(shù)易掌握、成本低；缺點(diǎn)：精度低，抗干擾能力差。閉環(huán)伺服系統(tǒng)：采用反饋控制優(yōu)點(diǎn)：精度高、調(diào)速范圍寬、動(dòng)態(tài)性能好；缺點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。一般用于精度、速度要求不高，低成本的機(jī)電一體化系統(tǒng)中。一般用于要求高精度、高速度的機(jī)電一體化系統(tǒng)中。2020/10/288伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及分類開環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：開環(huán)伺應(yīng)用2020/10/289應(yīng)用2020/10/289驅(qū)動(dòng)元件是處于機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)與微電子控制裝置的接點(diǎn)（聯(lián)接）部位的能量轉(zhuǎn)換元件。它能在微電子裝置的控制下，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，例如電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、繼電器、液動(dòng)機(jī)、油（氣缸）、內(nèi)燃機(jī)等分別把輸入的電能、液壓能、氣壓能和化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。驅(qū)動(dòng)元件2020/10/2810驅(qū)動(dòng)元件是處于機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)與微電子控制裝置的

輸出接口裝置驅(qū)動(dòng)元件與負(fù)載連接：一、與負(fù)載固連，直接驅(qū)動(dòng)二、通過機(jī)械傳動(dòng)裝置與負(fù)載連接2020/10/2811輸出接口裝置驅(qū)動(dòng)元件與負(fù)載連接：一、與負(fù)載固連，直接驅(qū)動(dòng)2020/10/28122020/10/2812驅(qū)動(dòng)元件的基本要求1.慣量小、動(dòng)力大2020/10/2813驅(qū)動(dòng)元件的基本要求1.慣量小、動(dòng)力大2020/10/282.體積小、重量輕既要縮小執(zhí)行元件的體積、減輕重量，同時(shí)又要增大其動(dòng)力，故通常用執(zhí)行元件的單位重量所能達(dá)到的輸出功率或比功率，即用功率密度或比功率密度來評(píng)價(jià)這項(xiàng)指標(biāo)。設(shè)執(zhí)行元件的重量為G，則功率密度為P/G。比功率密度為(T2/J)/G。

3.便于維修、安裝執(zhí)行元件最好不需要維修。無刷DC及AC伺服電動(dòng)機(jī)就是走向無維修的一例。4.宜于微機(jī)控制

根據(jù)這個(gè)要求，用微機(jī)控制最方便的是電氣式執(zhí)行元件。因此機(jī)電一體化系統(tǒng)所用執(zhí)行元件的主流是電氣式，其次是液壓式和氣壓式(在驅(qū)動(dòng)接口中需要增加電-液或電-氣變換環(huán)節(jié))。內(nèi)燃機(jī)定位運(yùn)動(dòng)的微機(jī)控制較難，故通常僅被用于交通運(yùn)輸機(jī)械。2020/10/28142.體積小、重量輕3.便于維修、安裝4.宜于

關(guān)于伺服電動(dòng)機(jī)電氣伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的要求：具有較寬而平滑的調(diào)速范圍；具有較硬的機(jī)械特性和良好的調(diào)節(jié)特性；具有快速響應(yīng)特性；空載啟動(dòng)電壓小。常見的幾種伺服電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)2020/10/2815關(guān)于伺服電動(dòng)機(jī)電氣伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)第二節(jié)

典型伺服系統(tǒng)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)2020/10/2816第二節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)2020/10/2

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)。其角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，旋轉(zhuǎn)一周沒有累計(jì)誤差。需要脈沖電源（產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、提供功率驅(qū)動(dòng)）。三種常見的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2020/10/2817步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個(gè)電脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即每當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向、很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2020/10/2818步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的該類電動(dòng)機(jī)由定子繞組產(chǎn)生的反應(yīng)電磁力吸引用軟磁鋼制成的齒形轉(zhuǎn)子作步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，其定子1與轉(zhuǎn)子2由鐵心構(gòu)成，沒有永久磁鐵，定子上嵌有線圈，轉(zhuǎn)子朝定子與轉(zhuǎn)子之間磁阻最小方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并由此而得名可變磁型。此類電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)子直徑小，有利于高速響應(yīng)。由于VR型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的鐵心無極性，故不需改變電流極性，為此，多為單極性勵(lì)磁。1）可變磁阻(VR-VariableReluctance)型2020/10/2819該類電動(dòng)機(jī)由定子繞組產(chǎn)生的反應(yīng)電磁力吸引用軟磁鋼制成的齒形轉(zhuǎn)2)永磁(PM-PermanentMagnet)型

PM型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子2采用永久磁鐵、定子1采用軟磁鋼制成，繞組3輪流通電，建立的磁場(chǎng)與永久磁鐵的恒定磁場(chǎng)相互吸引與排斥產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種電動(dòng)機(jī)由于采用了永久磁鐵，即使定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用做定位驅(qū)動(dòng)。PM型電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是勵(lì)磁功率小、效率高、造價(jià)低，因此需要量也大。由于轉(zhuǎn)子磁鐵的磁化間距受到限制，難于制造，故步距角較大。與VR型相比轉(zhuǎn)矩大，但轉(zhuǎn)子慣量也較大。2020/10/28202)永磁(PM-PermanentMagnet)型3)混合(HB-Hybrid)型2020/10/28213)混合(HB-Hybrid)型2020/10/2821

該型步進(jìn)電機(jī)不僅具有VR型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角小、響應(yīng)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有PM型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁功率小、效率高的優(yōu)點(diǎn)。它的定子與VR型沒有多大差別，只是在相數(shù)和繞組接線方面有其特殊的地方，例如，VR型一般都做成集中繞組的形式，每極上放有一套繞組，相對(duì)的兩極為一相，而HB型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組大多數(shù)為四相，而且每極同時(shí)繞兩相繞組或采用橋式電路繞一相繞組，按正反脈沖供電。這種類型的電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子鐵心的凸極數(shù)和定子的副凸極數(shù)決定步距角的大小，可制造出步距角較小(0.9°~3.6°)的電動(dòng)機(jī)。永久磁鐵也可磁化軸向的兩極，可使用軸向各向異性磁鐵制成高效電動(dòng)機(jī)。

混合型與永磁型多為雙極性勵(lì)磁。由于都采用了永久磁鐵，所以，無勵(lì)磁時(shí)具有保持力。另外，勵(lì)磁時(shí)的靜止轉(zhuǎn)矩都比VR型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的大。HB和PM型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠用做超低速同步電動(dòng)機(jī)，如用60Hz驅(qū)動(dòng)每步1.8°的電動(dòng)機(jī)可作為72r／min的同步電動(dòng)機(jī)使用。2020/10/2822該型步進(jìn)電機(jī)不僅具有VR型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與DC和AC伺服電動(dòng)機(jī)相比其轉(zhuǎn)矩、效率、精度、高速性比較差，但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大、速度控制比較簡(jiǎn)單、外形尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，所以在辦公室自動(dòng)化方面的打印機(jī)、繪圖機(jī)、復(fù)印機(jī)等機(jī)電一體化產(chǎn)品中得到廣泛使用，在工廠自動(dòng)化方面也可代替低檔的DC伺服電動(dòng)機(jī)。

2020/10/2823步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與DC和AC伺服電動(dòng)機(jī)相比其轉(zhuǎn)矩、效率、精度、高速脈沖電源

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器功率驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載指令脈沖輸出開環(huán)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)速度環(huán)、位置環(huán)脈沖電源環(huán)形分配器功率驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載指令脈沖輸出開環(huán)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖2020/10/2824脈沖電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形功率步進(jìn)負(fù)載指令輸出開環(huán)步進(jìn)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理圖AABCCBA對(duì)齒B錯(cuò)齒C錯(cuò)齒2020/10/2825步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按其工作原理分磁電式反應(yīng)式小知識(shí)：

磁阻最小原理

磁通總是要沿磁阻最小的路徑閉合，因磁場(chǎng)扭曲而產(chǎn)生切向拉力。2020/10/2826步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理步進(jìn)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理小知識(shí)：

磁阻最小原理

磁通總是要沿磁阻最小的路徑閉合，因磁場(chǎng)扭曲而產(chǎn)生切向拉力。切向拉力變化過程錯(cuò)齒狀態(tài)對(duì)齒狀態(tài)產(chǎn)生了磁阻性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩2020/10/2827步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理小知

當(dāng)某相處于對(duì)齒狀態(tài)時(shí)，其它相處于錯(cuò)齒狀態(tài)。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理CACABB定子1423轉(zhuǎn)子三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化圖三相：A-AB-BC-C2020/10/2828當(dāng)某相處于對(duì)齒狀態(tài)時(shí)，其它相處于錯(cuò)齒狀態(tài)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)小知識(shí)：

拍

通常把由一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)叫做一拍。

步距角

每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。

三相單三拍

三相是指定子為三個(gè)繞組，單是指每拍只有一相通電，三拍是指經(jīng)過三次切換繞組的通電狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)。2020/10/2829步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)小知識(shí)：2020/10/2829三拍一個(gè)循環(huán)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了一個(gè)齒極，空間角度為90°。步距角為30°。通電順序?yàn)椋篈→B→C→A步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)三相三拍或單三拍工作方式CAC`A`B`B1423三相三拍工作方式CAC`A`B`B1423CAC`A`B`B1423逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°30°30°表示該相通電14232020/10/2830三拍一個(gè)循環(huán)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了通電順序?yàn)椋篈→B→C→A步進(jìn)電動(dòng)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)三相六拍工作方式CAC`A`B`B1423三相六拍工作方式1423142314231423142314231423通電順序?yàn)椋篈→AB→B→BC→C→CA→A六拍一個(gè)循環(huán)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了一個(gè)齒極，空間角度為90°。步距角為15°。2020/10/2831步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)三相六拍工作方式CAC`A`B`B142

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)雙三拍工作方式CAC`A`B`B1423雙三拍工作方式142314231423通電順序?yàn)椋篈B→BC→CA→AB1423三拍一個(gè)循環(huán)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了一個(gè)齒極，空間角度為90°。步距角為30°。2020/10/2832步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)雙三拍工作方式CAC`A`B`B1423步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)三種工作方式比較三相三拍工作方式：

三相六拍工作方式：雙三拍工作方式：每次只有一相繞組通電，切換瞬間會(huì)失去自鎖轉(zhuǎn)矩，易產(chǎn)生失步。且一相繞組產(chǎn)生的力矩相對(duì)較小，在平衡位置易產(chǎn)生振蕩。電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中總有一相繞組通電，運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。步距角是三相三拍工作方式步距角的一半。電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中總有一相繞組通電，運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。有兩相繞組產(chǎn)生力矩。2020/10/2833步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)三種工作方式比較三相三拍工作方式：每次只

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性1、步距角定子相數(shù)；轉(zhuǎn)子齒數(shù)；通電拍數(shù)；通電系數(shù)，通電系數(shù)，三相六拍三相三拍；。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一拍，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角度。對(duì)應(yīng)一個(gè)轉(zhuǎn)角當(dāng)量：轉(zhuǎn)角/脈沖。2020/10/2834步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性1、步距角定子相數(shù)；

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高，但脈沖頻率變化過快，會(huì)引起失步或過沖2.改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變4.輸出轉(zhuǎn)角精度比較高，一般只有相鄰誤差，但無累積誤差。一圈不累積n=(a/360)*60f=af/62020/10/2835步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器伺服控制執(zhí)行部件的位移量控制－位移量總行程－絲杠螺距－步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角執(zhí)行部件的位移量與輸入脈沖數(shù)成正比。2020/10/2836步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器伺服控制執(zhí)行部件的位移量控

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器伺服控制執(zhí)行部件移動(dòng)速度的控制－執(zhí)行部件位移的速度－絲杠螺距－輸入脈沖頻率－步距角執(zhí)行部件的移動(dòng)速度與輸入脈沖頻率成正比。2020/10/2837步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器伺服控制執(zhí)行部件移動(dòng)速度的

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器伺服控制執(zhí)行部件移動(dòng)方向的控制正向反向方向控制位移量控制……只要控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，就可以控制執(zhí)行部件的移動(dòng)方向。正向反向正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)2020/10/2838步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器伺服控制執(zhí)行部件移動(dòng)方向的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)1.

分辨力在一個(gè)電脈沖作用下(即一拍)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移，即步距角越小，分辨力越高。最常用的有0.6°／1.2°、0.75°／1.5°、0.9°／1.8°、1°／2°、1.5°／3°等。2020/10/2839步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)1.

分辨力22、靜態(tài)特性（穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的特性）2020/10/28402、靜態(tài)特性（穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的特性）2020/10/28403.

動(dòng)態(tài)特性2020/10/28413.

動(dòng)態(tài)特性2020/10/2841A相與B相矩-角特性曲線之交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，它表示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相勵(lì)磁時(shí)所能帶動(dòng)的極限負(fù)載轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩通常與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù)和通電方式有關(guān)，如下表所示。

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

2020/10/2842A相與B相矩-角特性曲線之交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，

最高連續(xù)運(yùn)行頻率及矩-頻特性

2020/10/2843最高連續(xù)運(yùn)行頻率及矩-頻特性2020/10/2843

空載起動(dòng)頻率與慣-頻特性

2020/10/2844空載起動(dòng)頻率與慣-頻特性2020/10/28444.

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)2020/10/28454.

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)2020/10/2845

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性最高啟動(dòng)頻率和最高工作頻率最高啟動(dòng)頻率：空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并不失步地進(jìn)入穩(wěn)速運(yùn)行，所允許的啟動(dòng)頻率。最高工作頻率：步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，所能接受的最高頻率。國(guó)產(chǎn)小功率步進(jìn)電機(jī)的最高啟動(dòng)頻率一般為：國(guó)產(chǎn)大功率步進(jìn)電機(jī)的最高啟動(dòng)頻率一般為：參考值：2020/10/2846步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性最高啟動(dòng)頻率和最高工

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性輸出的轉(zhuǎn)矩－頻率特性定子繞組為感性負(fù)載，輸入頻率越高，勵(lì)磁電流越??；頻率越高，磁通量變化加劇，鐵芯的渦流損失加大；工作頻率越高，其輸出轉(zhuǎn)矩要降低。2020/10/2847步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性輸出的轉(zhuǎn)矩－頻率特性

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源＝環(huán)形分配器＋功率放大器環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器軟件環(huán)形分配器環(huán)形分配器：將脈沖指令按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作規(guī)律轉(zhuǎn)換成各相繞組通斷信號(hào)，經(jīng)功率放大器，驅(qū)動(dòng)各相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2020/10/2848步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源＝環(huán)形分配器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源組成2020/10/2849步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源組成2020/10/2849

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器X向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軟件環(huán)形分配器PA1PA2PA4PA0PA5PA3PIO光電耦合器光電耦合器功率驅(qū)動(dòng)器功率驅(qū)動(dòng)器X向步進(jìn)電機(jī)Y向步進(jìn)電機(jī)ABCabc序號(hào)節(jié)拍035241PA0A001HCBPA2PA1存儲(chǔ)單元地址內(nèi)容06H02H05H04H03H2A00H2A01H2A03H2A05H2A04H2A02H00000001111111110方向反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)序號(hào)節(jié)拍035241PA3a008HcbPA5PA4存儲(chǔ)單元地址內(nèi)容30H10H28H20H18H2A10H2A11H2A13H2A15H2A14H2A12H00000001111111110方向反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)Y向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2020/10/2850步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器X向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軟件環(huán)形分配器

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器由D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的三相六拍環(huán)形分配器：＋D1D2D3＋＋sRR預(yù)置（100）2020/10/2851步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器由D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器D觸發(fā)器真值表：硬件環(huán)形分配器輸入輸出清除預(yù)置時(shí)鐘DQQLHLHLHLHHLHHLHHLXXXXXHXHXLLHH’HLH’Q0Q0正沿觸發(fā)D觸發(fā)器：DCKQQPRCLR（帶預(yù)置端和清除端）2020/10/2852步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器D觸發(fā)器真值表：硬件環(huán)形分配

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器由時(shí)序邏輯電路組成。三相六拍正反相環(huán)形分配器邏輯表達(dá)式：100101001011010110三相六拍狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：2020/10/2853步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器由時(shí)序邏輯電路

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器專用集成電路介紹：硬件環(huán)形分配器國(guó)產(chǎn)PM系列：PM03~PM06對(duì)三相、四相、五相、六相步進(jìn)電機(jī)控制進(jìn)口PM系列：PM8713、PM8714可編程對(duì)二相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)控制CH250專用環(huán)形分配器僅對(duì)三相步進(jìn)電機(jī)控制可編程專用步進(jìn)電機(jī)控制芯片PM101B對(duì)四相（二相）、五相步進(jìn)電機(jī)控制2020/10/2854步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器專用集成電路介紹：硬件環(huán)形分

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器由邏輯門電路和觸發(fā)器組成，提供符合步進(jìn)電機(jī)控制指令所需要的順序脈沖2020/10/2855步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器由邏輯門電路和通過其控制端的不同接法可以組成三相雙三拍和三相單雙六拍的工作方式。若采用CL脈沖輸入端，是上升沿觸發(fā)，同時(shí)EN為使能端，EN=1工作，EN=0時(shí)禁止，反之，若采用EN為時(shí)鐘端，是下降沿觸發(fā)，此時(shí)CL為使能端，CL=0工作，CL=1禁止。R和R*是雙三拍和六拍運(yùn)行的復(fù)位端，當(dāng)R加上正脈沖時(shí)，ABC的狀態(tài)為110，而R*加上正脈沖時(shí)，ABC的狀態(tài)為1002020/10/2856通過其控制端的不同接法可以組成三相雙三拍和三相單雙六拍的工作

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器工作方式：當(dāng)各個(gè)引腳連接號(hào)之后，主要通過一個(gè)脈沖輸入端控制步進(jìn)的速度；一個(gè)輸入端控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，并有與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù)同數(shù)目的輸出多分別控制電動(dòng)機(jī)的各相。如圖所示為三相六拍的接線圖。當(dāng)進(jìn)給脈沖CP的上升沿有效，并且方向信號(hào)為“1”則正轉(zhuǎn)，為“0”則反轉(zhuǎn)。2020/10/2857步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器工作方式：當(dāng)各步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器功率放大驅(qū)動(dòng)電路完成由弱電到強(qiáng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換和放大，也就是將邏輯電平信號(hào)變換成電機(jī)繞組所需的具有一定功率的電流脈沖信號(hào)。由于各相繞組都是繞在鐵心上的線圈，所以電感較大，繞組通電時(shí)，電流上升率受到限制，因而影響電動(dòng)機(jī)繞組電流的大小。繞組斷電時(shí)，電感中磁場(chǎng)的儲(chǔ)能元件將維持繞組中已有的電流不能突變，會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，為使電流盡快衰減并釋放反電動(dòng)勢(shì)，必須增加適當(dāng)?shù)乩m(xù)流回路2020/10/2858步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器功率放大驅(qū)動(dòng)電路完成由弱電到強(qiáng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器單電壓驅(qū)動(dòng)電路R2R1R4R3R7R5VT1VT2VT3VDR6C2C1+5V+EouU-6V功率放大續(xù)流Ub3－1V/>0V<0.3V>3.6V射極跟隨器（電流放大）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組2020/10/2859步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器單電壓驅(qū)動(dòng)電路R2R1R4R3

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器高低壓雙電壓驅(qū)動(dòng)電路（改善頻率特性）Rf1VTdVD1＋Ug（高壓）uU高壓控制電路低壓控制電路Ud（低壓）VTgVD2控制信號(hào)Rf2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組2020/10/2860步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器高低壓雙電壓驅(qū)動(dòng)電路（改善頻

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器2020/10/2861步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器2020/10/2861

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器單電壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但R串在大電流回路中藥消耗能量，使放大器功率降低。同時(shí)由于繞組電感L較大，電路對(duì)脈沖電流的反應(yīng)較慢，因此，輸出脈沖波形差，輸出功率低高低壓驅(qū)動(dòng)電路采用高壓驅(qū)動(dòng)，電流增長(zhǎng)速度快，脈沖電流的前沿變抖，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率都等到了提高。高低壓功率放大電路由于僅在脈沖開始的一瞬間接通高壓電源，其余的時(shí)間均有低壓供電，效率很高，電流上升效率高，故告訴性能好，但由于電流波形陡，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生過沖2020/10/2862步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器單電壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但R串在大恒流源功率放大電路恒流源的動(dòng)態(tài)電阻大，故繞組可在較低的電壓下取得較大的電流上升率，魏反相驅(qū)動(dòng)。在較低的電壓下取得較高的電流上升率，可用在較高頻率的驅(qū)動(dòng)，電源電壓較低，功耗減小，效率有所提高斬波恒流功率放大電路該電路去掉了限流電阻，效率顯著提高，并利用高壓給W儲(chǔ)能，波的前沿得到改善，從而使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出加大，運(yùn)行頻率得到提高。2020/10/2863恒流源功率放大電路恒流源的動(dòng)態(tài)電阻大，故繞組可在較低的電壓下調(diào)壓調(diào)頻功放電路調(diào)壓調(diào)頻功放的電路是當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，供電電壓降低，當(dāng)運(yùn)行在高頻段，供電電壓也提高，供電電壓隨著轉(zhuǎn)速的提高而升高在電源電壓一定時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩隨電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的提高而降低，要保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)高頻運(yùn)行時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，要提高供電電壓，但在低頻時(shí)，會(huì)給繞組中注入過多的能量而引起起電動(dòng)機(jī)的低頻振蕩和噪聲。2020/10/2864調(diào)壓調(diào)頻功放電路調(diào)壓調(diào)頻功放的電路是當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)細(xì)分驅(qū)動(dòng)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器如果要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有更小的步距角或者為減小電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、噪聲等原因，可以在每次輸入脈沖切換時(shí)，不是將繞組電流全部通入或切除，而是只改變相應(yīng)繞組中額定電流的一部分，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過的每步運(yùn)動(dòng)也只有步距角的一部分。這里繞組電流不是一個(gè)方波，而是階梯波，額定電流是臺(tái)階式的投入或切除，電流分成多少個(gè)臺(tái)階，則轉(zhuǎn)子就以同樣的個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這樣將一個(gè)步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動(dòng)方法被稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)。細(xì)分驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是：在不改動(dòng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，能使步距角減小。但細(xì)分后的步距角精度不高，功率放大驅(qū)動(dòng)電路也相應(yīng)復(fù)雜；能使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、提高勻速性，并能減弱或消除振蕩。2020/10/2865細(xì)分驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器如果要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有更功率開關(guān)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電源2020/10/2866功率開關(guān)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電源2020/10/2866在繞組電流上升過程中，VT1-VT5按順序?qū)ǎ繉?dǎo)通一個(gè)，繞組中電流就上升一個(gè)臺(tái)階，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)一小步。在繞組電流下降過程中，VT1-VT5按順序關(guān)斷，每關(guān)斷一個(gè)，繞組中電流就下降一個(gè)臺(tái)階。特點(diǎn)：功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗低，但是器件多，體積大2020/10/2867在繞組電流上升過程中，VT1-VT5按順序?qū)ǎ繉?dǎo)通一個(gè)，疊加細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理將各開關(guān)的控制脈沖信號(hào)進(jìn)行疊加，用疊加后的階梯信號(hào)控制接在繞組中得功率晶體管，并使晶體管工作在放大狀態(tài)。加在基極的事階梯型變化的信號(hào)，通過繞組中的電流也是階梯型變化，實(shí)現(xiàn)了細(xì)分。特點(diǎn):晶體管工作在放大狀態(tài)，功耗大，但器件少2020/10/2868疊加細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理將各開關(guān)的控制脈沖信號(hào)進(jìn)行疊加，用疊加后的階梯法供電方法1、先放大后疊加將通過細(xì)分環(huán)形分配器所形成的各個(gè)等幅等寬的脈沖，分別放大，然后在電動(dòng)機(jī)組中疊加起來形成階梯波2、先疊加后放大用運(yùn)算放大器來疊加，或采用公共負(fù)載的方法把方波合成階梯波，然后再對(duì)階梯波進(jìn)行放大再去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2020/10/2869階梯法供電方法1、先放大后疊加2、先疊加后放大2020/104、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制

（串行、并行控制示意）2020/10/28704、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制

（串行、并行控制示意）2020/1串行控制具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源之間用較少的連線將控制信號(hào)送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的環(huán)形分配器，并行控制用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)個(gè)端口直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)電路2020/10/2871串行控制具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源之間用

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)速度控制通過控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相鄰兩種勵(lì)磁狀態(tài)之間的時(shí)間間隔即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度的控制對(duì)于硬件環(huán)形分配器，只要控制CP的頻率就可以控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度對(duì)于軟件環(huán)形分配器，只要控制相鄰兩次輸出狀態(tài)之間的時(shí)間間隔即控制相鄰兩節(jié)拍之間延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短，可用軟件延時(shí)或定時(shí)器實(shí)現(xiàn)2020/10/2872步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)速度控制通過控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相鄰兩種勵(lì)磁狀點(diǎn)-位控制的加減速過程加減速控制（點(diǎn)—位控制系統(tǒng)）系統(tǒng)過程中要求加減速過程時(shí)間最短，恒速時(shí)間盡量長(zhǎng)若運(yùn)行頻率小于極限啟動(dòng)頻率，可以直接啟動(dòng)，若極限啟動(dòng)頻率低，而要求運(yùn)行速度高，若直接啟動(dòng)，不能正常啟動(dòng)，運(yùn)行后，達(dá)到位置突然停發(fā)脈沖，由于系統(tǒng)慣性，會(huì)發(fā)生過沖，影響控制精度。2020/10/2873點(diǎn)-位控制的加減速過程加減速控制（點(diǎn)—位控制系統(tǒng)）系統(tǒng)過程中升速規(guī)律一般可有兩種選擇：一是按照直線規(guī)律升速，二是按指數(shù)規(guī)律升速。按直線規(guī)律升速時(shí)加速度為恒值，因此要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒值。從電動(dòng)機(jī)本身的矩-頻特性來看，在轉(zhuǎn)速不是很高的范圍內(nèi)，輸出的轉(zhuǎn)矩可基本認(rèn)為恒定。但實(shí)際上電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩將有所下降如按指數(shù)規(guī)律升速，加速度是逐漸下降的，接近電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律用微機(jī)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行加減速控制，實(shí)際上就是改變輸出步進(jìn)脈沖的時(shí)間間隔。升速時(shí)使脈沖串逐漸加密，減速時(shí)使脈沖串逐漸稀疏。微機(jī)用定時(shí)器中斷的方式來控制電動(dòng)機(jī)變速時(shí),實(shí)際上就是不斷改變定時(shí)器裝載值的大小。2020/10/2874升速規(guī)律一般可有兩種選擇：一是按照直線規(guī)律升速，二是按指數(shù)規(guī)一般用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。為了減少每步計(jì)算裝載值的時(shí)間，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就把各離散點(diǎn)的速度所需的裝載值固化在系統(tǒng)的EPROM中，系統(tǒng)運(yùn)行中用查表方法查出所需的裝載值，從而大大減少占用CPU時(shí)間，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。系統(tǒng)在執(zhí)行升降速的控制過程中，對(duì)加減速的控制還需準(zhǔn)備下列數(shù)據(jù)：①加減速的斜率；②升速過程的總步數(shù)；③恒速運(yùn)行總步數(shù)；④減速運(yùn)行的總步數(shù)。2020/10/2875一般用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。系統(tǒng)在執(zhí)行升降速的控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制閉環(huán)控制是直接或間接檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和速度，然后通過反饋及適當(dāng)?shù)奶幚?，自?dòng)給出驅(qū)動(dòng)的脈沖串，采用閉環(huán)控制，不僅可以獲得更高精確的位置控制和高得多、平穩(wěn)的多的轉(zhuǎn)速，通用性更好開環(huán)控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其輸入的脈沖不依賴于轉(zhuǎn)子的位置，而是事先按一定的規(guī)律給定的。對(duì)于電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和加速度很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)電源和控制方式，對(duì)于不同電動(dòng)機(jī)或不同負(fù)載，難以找到通用的加減速規(guī)律，電機(jī)性能指標(biāo)受到限制2020/10/2876步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制閉環(huán)控制是直接或間接檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和速度步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制采用光電編碼器作為位置檢測(cè)元件的閉環(huán)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有微機(jī)發(fā)出的一個(gè)初始脈沖后，光電脈沖編碼器與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接，隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生脈沖序列，其脈沖的頻率隨著轉(zhuǎn)速的快慢而升降。編碼器相對(duì)與電機(jī)的位移是固定，切換角也是固定的，采用時(shí)間延遲的方法可獲得不同的切換角，從而可使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不同的平均轉(zhuǎn)矩，得到不同的轉(zhuǎn)速通常在加速時(shí)插入脈沖，減速時(shí)刪除脈沖，實(shí)現(xiàn)加減速控制在固定切換角時(shí)，如負(fù)載增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，要實(shí)現(xiàn)勻速控制可用編碼器測(cè)出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速作為反饋不斷調(diào)節(jié)切換角，從而補(bǔ)償有負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速變化2020/10/2877步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制采用光電編碼器作為位置檢測(cè)元件的閉環(huán)控制

增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。編碼器（感應(yīng)同步器、光柵尺）2020/10/2878增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字式位移傳感器原理：利用自身的物理特征，制成直線形和圓形結(jié)構(gòu)的位移傳感器，輸出信號(hào)都是脈沖信號(hào)，每一個(gè)脈沖代表輸入的位移當(dāng)量，通過計(jì)數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計(jì)位移的尺寸(1)光柵位移傳感器（直線、圓光柵）特點(diǎn)：測(cè)量精確高(可達(dá)±1μm)、響應(yīng)速度快和量程范圍大(一般為1~2m，連接使用可達(dá)到10m)等構(gòu)成：

主光柵---標(biāo)尺光柵，定光柵

指示光柵---動(dòng)光柵長(zhǎng)度---測(cè)量范圍；刻線密度---測(cè)量精度

(10、25、50、100、125線/mm)2020/10/2879數(shù)字式位移傳感器構(gòu)成：長(zhǎng)度---測(cè)量范圍；2020/1上一頁下一頁返回光源透鏡主光柵指示光柵光電元件光柵副光路光柵傳感器的結(jié)構(gòu)2020/10/2880上一頁下一頁返回光源透鏡主光柵指示光柵光電元件光柵副光光柵傳感器的工作原理+-位移正弦波2020/10/2881光柵傳感器的工作原理+-位移正弦波2020/10/2881均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動(dòng)光柵透射光柵反射光柵放大性：夾角θ很小→B>>W→光學(xué)放大→提高靈敏度2020/10/2882均勻刻線主光柵指示光柵夾角明暗相間條紋莫爾條紋移動(dòng)故被測(cè)物體位移＝柵距×脈沖數(shù)被測(cè)物體位移莫爾條紋移動(dòng)正弦波方波脈沖通過光柵轉(zhuǎn)換通過光電元件轉(zhuǎn)換整形轉(zhuǎn)換邏輯電壓轉(zhuǎn)換光柵傳感器的工作原理2020/10/2883故被測(cè)物體位移＝柵距×脈沖數(shù)被莫正方脈通過光柵感應(yīng)同步器

直線感應(yīng)同步器

結(jié)構(gòu):由定尺和滑尺兩部分組成

定尺較長(zhǎng)(200mm以上，可根據(jù)測(cè)量行程的長(zhǎng)度選擇不同規(guī)格長(zhǎng)度)，上面刻有均勻節(jié)距的繞組

滑尺表面刻有兩個(gè)繞組，即正弦繞組和余弦繞組。當(dāng)余弦繞組與定子繞組相位相同時(shí)，正弦繞組與定子繞組錯(cuò)開1/4節(jié)距滑尺在通有電流的定尺表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)

圓盤式感應(yīng)同步器其轉(zhuǎn)子相當(dāng)于直線感應(yīng)同步器的滑尺，定子相當(dāng)于定尺，而且定子繞組中的兩個(gè)繞組也錯(cuò)開1/4節(jié)距上一頁下一頁返回利用電磁感應(yīng)原理將平面型繞組之間的相對(duì)位移轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的測(cè)量元件2020/10/2884感應(yīng)同步器上一頁下一頁返回利用電磁感應(yīng)原理將平面型繞組2020/10/28852020/10/2885直流伺服系統(tǒng)采用直流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)，稱為直流伺服系統(tǒng)。2020/10/2886直流伺服系統(tǒng)采用直流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)，稱為直(1)直流伺服電機(jī)的工作原理在定子上有永久磁鐵或有勵(lì)磁繞組所形成的磁極，轉(zhuǎn)子繞組(即電樞繞組)通過電刷供電。工作時(shí)轉(zhuǎn)子繞組是載流導(dǎo)體，在定子磁場(chǎng)中受到電磁力的作用而形成電磁力矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)負(fù)載直流伺服系統(tǒng)2020/10/2887(1)直流伺服電機(jī)的工作原理在定子上有永久磁鐵或有勵(lì)磁繞組所直流伺服系統(tǒng)原理直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速指標(biāo)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理2020/10/2888直流伺服系統(tǒng)原理直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速指標(biāo)他勵(lì)式直流電動(dòng)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理電樞回路總電阻電樞回路端電壓電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電樞回路電流2020/10/2889他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理電樞回路總電阻電樞回他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速單位轉(zhuǎn)速時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為轉(zhuǎn)矩常數(shù)當(dāng)磁通恒定時(shí)，電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比，則有：2020/10/2890他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理單位電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：2020/10/2891他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理單位電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理上幾式聯(lián)立求解，可得直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：式中時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為理想空載轉(zhuǎn)速。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速公式2020/10/2892他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理上幾式聯(lián)立求解，可得他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理調(diào)節(jié)電樞回路的電阻，則調(diào)速方程為：改變電樞電阻時(shí)的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速不變機(jī)械特性變軟外加負(fù)載增加轉(zhuǎn)速線性下降該方法不經(jīng)濟(jì)2020/10/2893他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理調(diào)節(jié)電樞回路的電阻他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理調(diào)節(jié)電樞回路的電壓，則調(diào)速方程為：只改變電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速，機(jī)械特性曲線的斜率不變，保持了原有較硬的機(jī)械特性。是較理想的調(diào)速方法。改變電樞電壓時(shí)的機(jī)械特性2020/10/2894他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理調(diào)節(jié)電樞回路的電壓他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理調(diào)節(jié)磁通，則調(diào)速方程為：電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速改變機(jī)械特性變軟電動(dòng)機(jī)抗負(fù)載變化的能力低磁通調(diào)節(jié)困難故較少使用。改變磁通時(shí)的機(jī)械特性2020/10/2895他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)工作原理等效電路工作原理調(diào)節(jié)磁通直流伺服系統(tǒng)原理脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大PWM技術(shù)基本原理：基本原理：利用脈寬調(diào)制器對(duì)大功率器件的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制，將直流電壓轉(zhuǎn)化成一定頻率的方波電壓，通過對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞兩端電壓的平均值和極性，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制控制的核心由兩部分組成：1.脈寬調(diào)制器（控制回路）2.脈寬調(diào)制的開關(guān)放大器（主回路）2020/10/2896直流伺服系統(tǒng)原理脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大PWM技術(shù)基本原直流伺服系統(tǒng)原理脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大1、PWM調(diào)制器M…式中稱為導(dǎo)通率，或稱為占空比。只要改變導(dǎo)通時(shí)間就可改變電樞兩端的平均電壓2020/10/2897直流伺服系統(tǒng)原理脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大1、PWM調(diào)制器直流伺服系統(tǒng)原理脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大2、PWM的控制電路：脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器是將模擬電壓轉(zhuǎn)化成脈沖寬度由控制信號(hào)調(diào)節(jié)的脈沖電壓結(jié)構(gòu)上有調(diào)制脈沖發(fā)生器和比較放大器組成，調(diào)制脈沖發(fā)生器分為三角波發(fā)生器和鋸齒波發(fā)生器2020/10/2898直流伺服系統(tǒng)原理脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大2、PWM的控制直流伺服系統(tǒng)原理脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大M雙極式H型功率變換電路：雙極式H型可逆PWM變換器電路2020/10/2899直流伺服系統(tǒng)原理脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大M雙極式H型功率直流伺服系統(tǒng)原理脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大雙極PWM變換器的特征就是在一個(gè)周期內(nèi)，電壓從+U變?yōu)?U如何控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)？

只要控制正負(fù)脈沖的寬窄當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，t>T/2時(shí)，電樞兩端的平均電壓為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)，平均值越大，轉(zhuǎn)速越高當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，t<T/2時(shí)，電樞兩端的平均電壓為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，平均的絕對(duì)值越大，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速越高2020/10/28100直流伺服系統(tǒng)原理脈寬調(diào)制型（PWM）功率放大雙極PWM變換器直流伺服系統(tǒng)原理直流電動(dòng)機(jī)晶閘管調(diào)速單向晶閘管SCR：

可控硅整流器特點(diǎn)：有阻斷和導(dǎo)通兩種穩(wěn)定狀態(tài)小知識(shí)：導(dǎo)通條件：從阻斷到導(dǎo)通所需的條件關(guān)斷條件：從導(dǎo)通到阻斷所需的條件晶閘管的陽極上加上正電壓，同時(shí)在門極上加上正電壓。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極對(duì)晶閘管就不起控制作用，關(guān)斷需使流過晶閘管的電流小于維持電流。可將陽極電源斷開，或加反向電壓陽極A陰極K門極GSCR符號(hào)2020/10/28101直流伺服系統(tǒng)原理直流電動(dòng)機(jī)晶閘管調(diào)速單向晶閘管SCR：直流電動(dòng)機(jī)晶閘管調(diào)速直流伺服系統(tǒng)原理當(dāng)陽極與陰極間施加正電壓時(shí)，控制極出現(xiàn)出發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的位置為觸發(fā)角，控制觸發(fā)角即可控制晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的目的。2020/10/28102直流電動(dòng)機(jī)晶閘管調(diào)速直流伺服系統(tǒng)原理當(dāng)陽極與陰極間施加正電壓直流伺服系統(tǒng)原理晶閘管直流驅(qū)動(dòng)方式，主要通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置控制晶閘管的觸發(fā)延遲角(控制電壓的大小)來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，從而改變整流電壓的大小，使直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓的變化易于平滑調(diào)速。由于晶閘管本身的工作原理和電源的特點(diǎn)，導(dǎo)通后是利用交流(50Hz)過零來關(guān)閉的，因此，在低整流電壓時(shí)，其輸出是很小的尖峰值(三相全波時(shí)每秒300個(gè))的平均值，從而造成電流的不連續(xù)性。而采用脈寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其開關(guān)頻率高(通常達(dá)2000~3000Hz)，伺服機(jī)構(gòu)能夠響應(yīng)的頻帶范圍也較寬，與晶閘管相比，其輸出電流脈動(dòng)非常小，接近于純直流。2020/10/28103直流伺服系統(tǒng)原理晶閘管直流驅(qū)動(dòng)方式，主要通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置控制伺服電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)2020/10/28104伺服電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)2020/10/28104

交流伺服系統(tǒng)常見的交流伺服電動(dòng)機(jī)：永磁式同步伺服電動(dòng)機(jī)兩相異步交流伺服電動(dòng)機(jī)一種把交流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的執(zhí)行元件。交流伺服電動(dòng)機(jī)2020/10/28105交流伺服系統(tǒng)常見的交流伺服電動(dòng)機(jī)：永磁式同步伺服電動(dòng)機(jī)一種采用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)，稱為交流伺服系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)選用的電動(dòng)機(jī)同步交流伺服