第三章 執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計

第一節(jié)執(zhí)行元件的種類、特點(diǎn)及基本要求第二節(jié)常用的控制用電動機(jī)第三節(jié)DC與AC伺服電動機(jī)及驅(qū)動第四節(jié)步進(jìn)電動機(jī)及驅(qū)動第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計執(zhí)行元件機(jī)電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)必不可少的驅(qū)動部件。執(zhí)行元件是處于機(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：電動機(jī)、電磁鐵、繼電器、液動機(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。多數(shù)執(zhí)行元件已作為系列化商品生產(chǎn)，在設(shè)計機(jī)電一體化系統(tǒng)時，可作為標(biāo)準(zhǔn)件選用、外購。第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第一節(jié)執(zhí)行元件的種類、特點(diǎn)及基本要求計算機(jī)動力源傳感器執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第一節(jié)執(zhí)行元件的種類、特點(diǎn)及基本要求一、執(zhí)行元件的種類及特點(diǎn)（1）慣量小，動力大。

表征執(zhí)行元件慣量的性能指標(biāo)：m(直線運(yùn)動）、轉(zhuǎn)動慣量J（回轉(zhuǎn)運(yùn)動）表征輸出動力的性能指標(biāo)：推力F、轉(zhuǎn)矩T、功率P對直線運(yùn)動：a=F/m；對回轉(zhuǎn)運(yùn)動：P=ωT，ε=T/J。即加速度a與角加速度ε表征了執(zhí)行元件的加速性能。比功率：表征動力大小的綜合指標(biāo)，包含功率、加速性能與轉(zhuǎn)速三種因素，即:比功率＝Pε/ω=T2/J二、對執(zhí)行元件的基本要求第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第一節(jié)執(zhí)行元件的種類、特點(diǎn)及基本要求（2）體積小，重量輕:用功率密度或比功率密度來評價

功率密度＝P/G；比功率密度＝(T2/J)/G，

其中G

為執(zhí)行元件重量。（3）安裝方便、便于維修維護(hù)。

最好不要維修，無刷DC及AC伺服電機(jī)→走向無維修（4）易于實(shí)現(xiàn)自動化控制：主流是電氣式。其次是液壓式和氣壓式(在驅(qū)動接口中需要增加電-液或電-氣變換環(huán)節(jié))。內(nèi)燃機(jī)定位運(yùn)動的微機(jī)控制較難，故通常僅被用于交通運(yùn)輸機(jī)械。二、對執(zhí)行元件的基本要求第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第一節(jié)執(zhí)行元件的種類、特點(diǎn)及基本要求控制用電動機(jī)：力矩電動機(jī)、脈沖（步進(jìn)）電動機(jī)、變頻調(diào)速電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)和各種AC/DC電動機(jī)等?？刂朴秒妱訖C(jī)是電氣伺服控制系統(tǒng)的動力部件，是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。由于其可在很寬的速度和負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)、精確的控制，因而在各種機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用?？刂朴秒妱訖C(jī)有回轉(zhuǎn)和直線驅(qū)動電動機(jī)，通過電壓、電流、頻率(包括指令脈沖)等控制，實(shí)現(xiàn)定速、變速驅(qū)動或反復(fù)起動、停止的增量驅(qū)動以及復(fù)雜的驅(qū)動，而驅(qū)動精度隨驅(qū)動對象的不同而不同。機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的控制用電動機(jī)是指能提供正確運(yùn)動或較復(fù)雜動作的伺服電動機(jī)。第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第二節(jié)常用的控制電動機(jī)（1）性能密度大。即功率密度：P/G，或比功率密度

(T2/J)/G

大。（2）快速性好。即加速轉(zhuǎn)矩大、頻響特性好。（3）位置控制精度高、調(diào)速范圍寬、低速平穩(wěn)性好、分辨率高以及振動噪音小。（4）能適應(yīng)頻繁啟動，。（5）可靠性高、壽命長。第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第二節(jié)常用的控制電動機(jī)一、對控制用電動機(jī)的基本要求第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第二節(jié)常用的控制電動機(jī)二、控制用電動機(jī)的種類、特點(diǎn)及選用機(jī)電一體化系統(tǒng)中使用的兩類電動機(jī),動力用電動機(jī);和控制用電動機(jī)。不同的應(yīng)用場合，對控制用電動機(jī)性能密度的要求也有所不同。①對于起停頻率低(如幾十次／分)，但要求低速平穩(wěn)和扭矩脈動小，高速運(yùn)行時振動、噪聲小，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均可穩(wěn)定運(yùn)動的機(jī)械，如NC工作機(jī)械的進(jìn)給運(yùn)動、機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)，其功率密度是主要的性能指標(biāo)；②對于起停頻率高(如數(shù)百次／分)，但不特別要求低速平穩(wěn)性的產(chǎn)品，如高速打印機(jī)、繪圖機(jī)、打孔機(jī)、集成電路焊接裝置等主要的性能指標(biāo)是高比功率。在額定輸出功率相同的條件下,交流伺服電動機(jī)的比功率最高，直流伺服電動機(jī)次之，步進(jìn)電動機(jī)最低。伺服電動機(jī)的性能比較伺服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)比較接受控制裝置發(fā)來的進(jìn)給脈沖指令信號，經(jīng)過信號變換和功率放大由執(zhí)行元件(伺服電機(jī))將其轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移，驅(qū)動運(yùn)動部件實(shí)現(xiàn)所需要的運(yùn)動.

伺服系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)的一類，它的輸出變量通常是機(jī)械的位置或角度，根本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對給定指令的準(zhǔn)確跟蹤，即實(shí)現(xiàn)輸出變量的某種狀態(tài)能夠自動、連續(xù)、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令信號的變化規(guī)律。簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)定義：以移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)早期的電液伺服控制系統(tǒng)簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)早期的電液伺服控制系統(tǒng)簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)早期的電液伺服控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的基本組成：控制器、功率驅(qū)動裝置、檢測反饋裝置、伺服電機(jī)(M).簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)控制器伺服放大器電動機(jī)工作臺輸入+-誤差反饋測速發(fā)電機(jī)位移傳感器角度傳感器伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)(1)組成：步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動控制電路(控制器)。1、開環(huán)伺服系統(tǒng)簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)(2)開環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn)①沒有位置和速度反饋回路;②設(shè)備投資低，調(diào)試維修方便;③精度差；④高速扭矩小.(3)開環(huán)伺服系統(tǒng)應(yīng)用場合①中、低檔數(shù)控機(jī)床;②普通機(jī)床數(shù)控改造.1、開環(huán)伺服系統(tǒng)簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)(1)閉環(huán)伺服系統(tǒng)組成：控制器、功率驅(qū)動電路、檢測反饋裝置、伺服電機(jī)。2、閉環(huán)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)(2)閉環(huán)伺服系統(tǒng)特點(diǎn)

①精度高

位置測量沒有中間環(huán)節(jié)，可通過閉環(huán)控制消除整個環(huán)內(nèi)傳動鏈的全部累積誤差。②結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整困難由于閉環(huán)系統(tǒng)位置環(huán)內(nèi)包含的機(jī)械傳動部件比較多,因此閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整困難.簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)2、閉環(huán)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)(3)半閉環(huán)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)區(qū)別簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)半閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)2、閉環(huán)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)

(4)半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)應(yīng)用場合

半閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用較多,閉環(huán)系統(tǒng)一般只用在精度要求較高的大型數(shù)控機(jī)床上.①

半閉環(huán)位置檢測裝置安裝位置：半閉環(huán)位置檢測裝置安裝位置在滾珠絲杠或電機(jī)軸上,而不是工作臺上。②

精度較低傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳動誤差沒有得到系統(tǒng)的補(bǔ)償，因而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng).③

調(diào)整比較容易(3)半閉環(huán)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)區(qū)別2、閉環(huán)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)簡單了解一下伺服系統(tǒng)(servo-system)常見電機(jī)的工作原理常見電機(jī)的工作原理常見電機(jī)的工作原理常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)基本特點(diǎn)（1）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。（2）起動、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動、停車。（3）易于控制。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用：（1）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、無軌電車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。（3）家庭：電動縫紉機(jī)、電動自行車、電動玩具與異步電動機(jī)相比，直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護(hù)不如異步機(jī)方便，而且要使用直流電源。常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)工作原理NSU+–電刷換向器IFFE1.轉(zhuǎn)子（又稱電樞）

由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。2.定子定子的分類：永磁式：由永久磁鐵做成。勵磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中通過直流電，形成電磁鐵。直流電機(jī)構(gòu)成常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)勵磁：磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。機(jī)座磁極勵磁繞組轉(zhuǎn)子勵磁式直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)直流電機(jī)構(gòu)成常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)根據(jù)勵磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系：他勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵電動機(jī)：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵UfIfIaUM并勵UIfM串勵UM復(fù)勵U直流電機(jī)分類常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)他勵電動機(jī)和并勵電動機(jī)的特性一樣。一、他勵電動機(jī)的機(jī)械特性M他勵UfIfIaU直流電機(jī)機(jī)械特性常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)機(jī)械特性：電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系。即：其中，1.負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時，電機(jī)會怎樣？2.電機(jī)怎樣調(diào)速？當(dāng)T

時n

，但由于他勵電動機(jī)的電樞電阻Ra很小，所以在負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速

n

的變化不大，屬硬機(jī)械特性。根據(jù)n-T公式畫出特性曲線n0nNTNTn

n一、他勵電動機(jī)的機(jī)械特性直流電機(jī)機(jī)械特性常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)機(jī)械特性：電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系。

恒轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械(T一定，和轉(zhuǎn)速無關(guān)）要選硬特性的電動機(jī)，如：起重機(jī)械等。特點(diǎn)：勵磁線圈的電流和電樞線圈的電流相同。二、串勵電動機(jī)的機(jī)械特性直流電機(jī)機(jī)械特性常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)機(jī)械特性：電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系。M串勵UIanT設(shè)磁通和電流成正比，即

=K

Ia

,則(1)T=0

時，在理想情況下，n

。但實(shí)際上負(fù)載轉(zhuǎn)矩不會為0，不會工作在T=0的狀態(tài)，但空載時T很小，n很高。串勵電機(jī)不允許空載運(yùn)行，以防轉(zhuǎn)速過高。串勵特性：(2)隨轉(zhuǎn)矩的增大，n下降得很快，這種特性屬軟機(jī)械特性。二、串勵電動機(jī)的機(jī)械特性直流電機(jī)機(jī)械特性常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)機(jī)械特性：電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系。(3)恒功率負(fù)載（P一定時，T和n成反比），要選軟特性電機(jī)拖動。如：薄膜卷取機(jī)等。與異步電動機(jī)相比，直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，維護(hù)不方便，但它的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好。（1）調(diào)速均勻平滑，可以無級調(diào)速。（2）調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200（他勵式）以上（調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比）。直流電動機(jī)調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是：直流電動機(jī)的調(diào)速原理常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)（1）改變磁通；（2）改變電壓；（3）改變電樞電阻。直流電動機(jī)調(diào)速方法：在勵磁回路中串上電阻Rf

，改變Rf

大小調(diào)節(jié)勵磁電流，從而改變

的大小。1.原理M他勵UfIfIaU一、改變磁通（調(diào)磁）直流電動機(jī)的調(diào)速原理常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)，，兩種情況：

Rf

If

n

，額定工況下，

已接近飽和，

If加大對

影響不大，故增加磁通的辦法一般不用。

Rf

If

n

，減弱磁通是常用的調(diào)速方法。（1）調(diào)速平滑，可做到無級調(diào)速，但只能向上調(diào)，受機(jī)械本身強(qiáng)度所限，n不能太高。（2）調(diào)的是勵磁電流（該電流比電樞電流小得多），調(diào)節(jié)控制方便。

減小

調(diào)速的特點(diǎn)：一、改變磁通（調(diào)磁）直流電動機(jī)的調(diào)速原理常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)二、改變電樞電壓直流電動機(jī)的調(diào)速原理常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)，，調(diào)電樞電壓U，n0變化，斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。nn0"n0'n0電壓降低T（1）電樞電壓不允許超過UN，所以調(diào)速只能向下調(diào)。（2）可得到平滑、無級調(diào)速。（3）調(diào)速幅度較大。MUfIfIaU變壓整流220V~整流調(diào)壓220V~Uf

=110V固定U=0~110V可調(diào)方案舉例：二、改變電樞電壓直流電動機(jī)的調(diào)速原理常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)這種調(diào)速方法耗能較大，只用于小型直流機(jī)。串勵電機(jī)也可用類似的方法調(diào)速。電樞中串入電阻，使

n

、

n0不變，電機(jī)的特性曲線斜率變大，相同力矩下，n

nn0RaRa+

RT三、改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速直流電動機(jī)的調(diào)速原理常見電機(jī)的工作原理——直流電機(jī)，，常見電機(jī)的工作原理——交流異步電動機(jī)基本特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、供電方便、工作可靠。主要部件的拆分圖SN工作原理常見電機(jī)的工作原理——交流異步電動機(jī)（1）電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生▲

右手定則判斷轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流的方向▲

左手定則判斷轉(zhuǎn)子繞組受到的電磁力的方向電磁力→電磁轉(zhuǎn)矩TT與n0同方向。工作原理常見電機(jī)的工作原理——交流異步電動機(jī)（2）如何產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場？工作原理常見電機(jī)的工作原理——交流異步電動機(jī)（2）如何產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場？V2V1W2U2U1W1定子三相繞組轉(zhuǎn)子工作原理常見電機(jī)的工作原理——交流異步電動機(jī)（2）如何產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場？V2V1W2U2U1W1工作原理常見電機(jī)的工作原理——交流異步電動機(jī)（2）如何產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場？工作原理常見電機(jī)的工作原理——交流異步電動機(jī)（3）異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速600pfn=min）r/

(

p12

3456n0/(r/min)300015001000750600500同步轉(zhuǎn)速

f=50Hz時，不同極對數(shù)時的同步轉(zhuǎn)速如下:轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速怎樣計算呢？電機(jī)如何調(diào)速呢？工作原理常見電機(jī)的工作原理——交流異步電動機(jī)（4）電動機(jī)轉(zhuǎn)速n和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速n0的關(guān)系電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動機(jī)無轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果永磁同步交流電機(jī)與異步電機(jī)的區(qū)別常見電機(jī)的工作原理——交流異步電動機(jī)SN常用伺服電機(jī)常見電機(jī)的工作原理（1）直流電機(jī)直流伺服電機(jī)（2）交流電機(jī)交流伺服電機(jī)（3）步進(jìn)電機(jī)常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)BIAC定子轉(zhuǎn)子IBIC步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖定子磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相。

這里的相和三相交流電中的“相”的概念不同，主要是指線圈的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。定子定子繞組轉(zhuǎn)子AABBCC常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)基本工作原理步進(jìn)電機(jī)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(jī)。每來一個電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機(jī)械移動一小段距離。特點(diǎn)：(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。

(2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

(3)改變脈沖順序，改變方向。常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)和分類種類：反應(yīng)式、永磁式、混合式。

步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。工作方式一、三相單三拍三相繞組中的通電順序?yàn)椋篈相

B相

C相A相

C相

B相

常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)OR工作方式CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A34121C'342CA'BB'A

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，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點(diǎn)：（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30

。此角稱為步距角，用

S表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)一、三相單三拍工作方式三相繞組的通電順序?yàn)椋篈

AB

B

BC

C

CA

A

共六拍。A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A3412常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)二、三相單雙六拍工作方式CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412A、B相同時通電B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了15

。三相繞組的通電順序?yàn)椋?/p>

AB

BC

CA

AB

共三拍。AB通電CA'BB'C'A34123412CA'BB'C'ABC通電常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)三、三相雙三拍工作方式以上三種工作方式，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。工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30

，即

S=30

。CA通電CA'BB'C'A3412常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)三、三相雙三拍工作方式f：電脈沖的頻率

轉(zhuǎn)速

步進(jìn)機(jī)通過一個電脈沖,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。m:一個周期的運(yùn)行拍數(shù)z

：轉(zhuǎn)子齒數(shù)如：z=4,m=3時步距角常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)步距角和轉(zhuǎn)速實(shí)際采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3度和1.5度，步距角越小，運(yùn)動控制的精度越高。為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)子40個齒，定子仍是6個磁極，但每個磁極上也有五個齒。常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)小步距角的步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的齒距等于360

/40=9

，齒寬、齒槽各4.5

。

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。工作原理：假設(shè)是單三拍通電工作方式。（1）A相通電時，定子A相的五個小齒和轉(zhuǎn)子對齊。此時，B相和A相空間差120

，含

120

/9

=

齒

A相和C相差240

，含240/9

=個齒。所以，A相的轉(zhuǎn)子、定子的五個小齒對齊時，B相、C相不能對齊，B相的轉(zhuǎn)子、定子相差1/3個齒（3

），C相的轉(zhuǎn)子、定子相差2/3個齒（6

）。常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)小步距角的步進(jìn)電動機(jī)常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)小步距角的步進(jìn)電動機(jī)若工作方式改為三相六拍，則每通一個電脈沖，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)1.5

。轉(zhuǎn)動方向仍由相序決定。同理，C相通電再轉(zhuǎn)3

……（2）A相斷電、B相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過1/3個齒（3

），使B相轉(zhuǎn)子、定子對齊。常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)小步距角的步進(jìn)電動機(jī)z=40,m=3步距角常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)1.分辨力

在一個電脈沖作用下(即一拍)，電動機(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。3.最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax：在規(guī)定的通電相數(shù)下，轉(zhuǎn)矩的最大值。2.失調(diào)角θe：單相定子通電時，該相定子齒與轉(zhuǎn)子齒的中心線不重合所夾角。常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)4.啟動轉(zhuǎn)矩：相鄰兩通電狀態(tài)時，矩角特性交點(diǎn)的靜轉(zhuǎn)矩，反映了電機(jī)的承載能力。常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)6.最高啟動頻率fqmax：步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)不失步達(dá)到穩(wěn)速所允許的最高輸入脈沖頻率（可以是空載下或有負(fù)載下）。5.最高運(yùn)行頻率fmax：步進(jìn)電機(jī)不失步運(yùn)行時，輸入脈沖的最高頻率。失步丟步：齒距數(shù)少于脈沖數(shù)越步：齒距數(shù)多于脈沖數(shù)常見電機(jī)的工作原理——步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)7.矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入脈沖頻率的關(guān)系。第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動1.直流伺服電動機(jī)的特性及選用有較高的響應(yīng)速度、精度和頻率，優(yōu)良的控制特性等優(yōu)點(diǎn)；由于使用電刷和換向器，故壽命較低，需要定期維修；在位置控制和速度控制時，必須使用角度傳感器來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。直流伺服電動機(jī)的特點(diǎn)：（1）小慣量伺服電機(jī)：其轉(zhuǎn)子無槽，繞組直接粘接固定在轉(zhuǎn)子鐵心上，轉(zhuǎn)動慣量小、反應(yīng)靈敏、動態(tài)特性好，適用于高速且負(fù)載慣量較小的場合。直流伺服電動機(jī)的種類：第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動1.直流伺服電動機(jī)的特性及選用（2）印刷電樞電機(jī)：是一種盤形伺服電動機(jī)，電摳由導(dǎo)電板的切口成形，裸導(dǎo)體的線圈端部起整流子作用，這種空心式高性能伺服電動機(jī)大多用于工業(yè)機(jī)器人、小型NC機(jī)床及線切割機(jī)床上。第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動1.直流伺服電動機(jī)的特性及選用直流伺服電動機(jī)的種類：（3）大慣量寬調(diào)速伺服電機(jī)：70年代研制成功。在結(jié)構(gòu)上采取了一些措施，盡量提高轉(zhuǎn)矩改善動態(tài)特性，既具有一般直流電動機(jī)的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，又具有小慣量直流電動機(jī)的快速響應(yīng)性能，易與較大的慣性負(fù)載匹配，能較好地滿足伺服驅(qū)動的要求，因此得到了廣泛應(yīng)用。第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動1.直流伺服電動機(jī)的特性及選用直流伺服電動機(jī)的種類：第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動1.直流伺服電動機(jī)的特性及選用直流伺服電動機(jī)的選用：（1）電機(jī)連續(xù)工作額定轉(zhuǎn)矩必須能夠覆蓋整個負(fù)載轉(zhuǎn)矩區(qū)間；（2）過載程度與過載時間應(yīng)該在規(guī)定范圍以內(nèi)；（3）使加速度與希望的時間常數(shù)一致。（4）等效慣性負(fù)載與電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量相匹配。第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動2.直流伺服電機(jī)的驅(qū)動

直流供電，需要調(diào)整的參數(shù)：電壓大小和方向方法（1）：相控變流法方法（2）：脈寬調(diào)制法（PWM：PulseWidthModulation）第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動2.直流伺服電機(jī)的驅(qū)動單相相控變流法第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動2.直流伺服電機(jī)的驅(qū)動單相相控變流法第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動2.直流伺服電機(jī)的驅(qū)動單相相控變流法第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動2.直流伺服電機(jī)的驅(qū)動單相相控變流法第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計第三節(jié)直流與交流伺服電機(jī)及驅(qū)動一、直流(DC)伺服電機(jī)及驅(qū)動2.直流伺服電機(jī)的驅(qū)動

直流供電，需要調(diào)整的參數(shù)：電壓大小和方向