數(shù)控技術(shù)第四章開環(huán)伺服系統(tǒng)第一頁，共八十一頁，2022年，8月28日提要本章介紹進(jìn)給伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，敘述步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)等伺服驅(qū)動元件的結(jié)構(gòu)及調(diào)速方法，闡述開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理。返回提要第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)下一頁上一頁第二頁，共八十一頁，2022年，8月28日目標(biāo)掌握伺服系統(tǒng)的功能、分類及其特點：數(shù)控機(jī)床對伺服系統(tǒng)的要求掌握開環(huán)伺服系統(tǒng)的組成及工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理、脈沖分配方式、驅(qū)動電源的類型及工作原理掌握感應(yīng)同步器、光柵等檢測元件的工作原理掌握直流伺服電機(jī)位置控制原理

了解交流伺服電機(jī)位置控制原理

了解提高步進(jìn)開環(huán)伺服系統(tǒng)精度的措施返回目標(biāo)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)下一頁上一頁第三頁，共八十一頁，2022年，8月28日建議本章內(nèi)容既有理論分析，又有實驗研究，同時還涉及設(shè)計計算方法。學(xué)習(xí)中，應(yīng)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，了解各種驅(qū)動元件之間的性能比較及其應(yīng)用場合。返回建議第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)下一頁上一頁第四頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第一節(jié)概述

一、作用

以位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)

CNC裝置與機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)

其性能直接決定和影響CNC系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性、精確性返回下一頁上一頁第五頁，共八十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述

指令信息動作

位置、速度

位移、速度

CNC伺服系統(tǒng)

機(jī)床

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

步進(jìn)伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)構(gòu)成

CNC步進(jìn)電機(jī)

驅(qū)動放大

工作臺

返回一.構(gòu)成下一頁上一頁第六頁，共八十一頁，2022年，8月28日二.要求第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確、可靠地執(zhí)行指令

調(diào)速范圍寬-----10000：1以上，且穩(wěn)定性好帶負(fù)載能力強(qiáng)------負(fù)載特性硬；足夠大的加（減）速力矩

動態(tài)響應(yīng)快-----快速跟隨指令脈沖，可頻繁起、停、反向；盡快消除負(fù)載擾動

誤差無累積

位置精度高

返回下一頁上一頁第七頁，共八十一頁，2022年，8月28日開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)三.分類第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)返回按有無反饋分下一頁上一頁第八頁，共八十一頁，2022年，8月28日三.分類按控制信號分按控制元件分?jǐn)?shù)字伺服系統(tǒng)模擬伺服系統(tǒng)數(shù)字模擬混合伺服系統(tǒng)步進(jìn)伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)下一頁上一頁返回第九頁，共八十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述習(xí)題第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)1.數(shù)控機(jī)床對伺服驅(qū)動系統(tǒng)有哪些要求？

返回(1)調(diào)速范圍寬并有良好的穩(wěn)定性，尤其是低速時的平穩(wěn)性；(2)負(fù)載特性硬，即使在低速時也應(yīng)有足夠的負(fù)載能力；(3)動態(tài)響應(yīng)速度快；(4)高的位移精度；(5)能夠頻繁地啟動；下一頁上一頁第十頁，共八十一頁，2022年，8月28日伺服系統(tǒng)按有無反饋可分為————————————————、————————————————、——————————————————三類。習(xí)題

開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)按控制信號可分為————————————————、————————————————、——————————————————三類。數(shù)字伺服系統(tǒng)模擬伺服系統(tǒng)數(shù)字模擬混合伺服系統(tǒng)第一節(jié)概述下一頁上一頁返回第十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日伺服系統(tǒng)按控制元件可分為————————————————、————————————————、——————————————————三類。第一節(jié)概述習(xí)題

步進(jìn)伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)下一頁上一頁返回第十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)開環(huán)伺服系統(tǒng)

一、組成

伺服驅(qū)動單元、執(zhí)行元件、傳動機(jī)構(gòu)

二、步進(jìn)電機(jī)將電脈沖轉(zhuǎn)變成機(jī)械角位移的裝置第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

CNC步進(jìn)電機(jī)

驅(qū)動放大

工作臺

返回下一頁上一頁第十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日1.分類第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)按輸出轉(zhuǎn)矩分：快速步進(jìn)電機(jī)、功率

步進(jìn)電機(jī)。

按勵磁相數(shù)分：

三相、四相、五相、六相、八相

等

按工作原理分：

反應(yīng)式、激磁式、混合式（永磁反應(yīng)式）返回下一頁上一頁第十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日2.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成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：AA’,BB’,CC’A、B、C三相每相兩極，每極上五個齒1)定子五個極齒第十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日2.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)定子上線圈的繞法下一頁上一頁返回第十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日2.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)2)轉(zhuǎn)子第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)子上有均勻分布的齒，沒有繞組。轉(zhuǎn)子齒間夾角為9o左圖為一轉(zhuǎn)子示意圖：以四十齒為例來說明步進(jìn)電機(jī)的原理下一頁上一頁返回第十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日3.步進(jìn)電機(jī)的實物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日3.步進(jìn)電機(jī)的實物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日3.步進(jìn)電機(jī)的實物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第二十頁，共八十一頁，2022年，8月28日3.步進(jìn)電機(jī)的實物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第二十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日3.步進(jìn)電機(jī)的實物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第二十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日3.步進(jìn)電機(jī)的實物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第二十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日3.步進(jìn)電機(jī)的實物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第二十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日3.步進(jìn)電機(jī)的實物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第二十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日3.步進(jìn)電機(jī)的實物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第二十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日3.步進(jìn)電機(jī)的實物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第二十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日4.工作原理如果A相通電則轉(zhuǎn)子齒與A相極齒對齊，這時在B相兩極下定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線并不對齊，而是轉(zhuǎn)子齒中心線較定子齒中心線反時針方向落后1/3齒距，即3o。因此，當(dāng)通電狀態(tài)由A相變?yōu)锽相時，轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)過3o，C相通電再轉(zhuǎn)3o。C相下，轉(zhuǎn)子齒超前6o。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第二十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日4.工作原理第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)三拍通電激磁，步距角α==3o一般α=m——繞組相數(shù)；Z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)，單拍k=1,雙拍k=2。六拍通電激磁，步距角α

==1.5o下一頁上一頁返回第二十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日4.工作原理第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)定子繞組通斷電順序→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向

定子繞組通斷電轉(zhuǎn)換頻率→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

定子繞組通斷電次數(shù)→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角

三相單三拍

A→B→C→A（K=1）

三相雙三拍

AB→BC→CA→AB（K=1）

三相六拍

A→AB→B→BC→C→CA→A（K=2）

通斷電方式下一頁上一頁第三十頁，共八十一頁，2022年，8月28日5.主要控制特性第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)最高工作頻率（fmax）

加減速特性

啟動矩頻特性

運行矩頻特性

啟動頻率（fst）

步距角（θ）及步距誤差

下一頁上一頁第三十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日1)步距角（θ）及步距誤差

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,控制越精確。第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)5.主要控制特性步距誤差直接影響執(zhí)行部件的定位精度.步進(jìn)電動機(jī)單相通電時,步距誤差取決于定子和轉(zhuǎn)子的分齒精度,和各相定子錯位角度的精度。多相通電時,其不僅與上述因素有關(guān),還和各相電流大小,磁路性能有關(guān)。返回下一頁上一頁第三十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日2）最高啟動頻率第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)5.主要控制特性空載時，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動，并不失步的進(jìn)入穩(wěn)速運行，所允許的啟動頻率的最高值為最高啟動頻率.啟動頻率大于比值時步進(jìn)電機(jī)不能正常工作，最高啟動頻率與步進(jìn)電機(jī)的慣性負(fù)載有關(guān).第三十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日3）最高工作頻率步進(jìn)電機(jī)工作頻率連續(xù)上升時，電動機(jī)不失步運行的最高頻率稱為最高工作頻率。它的值也和負(fù)載有關(guān)。很顯然，在同樣負(fù)載下，最高工作頻率遠(yuǎn)大于己于啟動頻率.第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)5.主要控制特性在連續(xù)運行狀態(tài)下，步進(jìn)電機(jī)的電磁力矩隨頻率的升高而急劇下降，這兩者的關(guān)系稱為矩頻特性.4）矩頻特性第三十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)5.主要控制特性4）矩頻特性第三十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日6.步進(jìn)電機(jī)的選擇第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)1)步進(jìn)電機(jī)選擇原則：

①步矩角與機(jī)械系統(tǒng)相匹配，以得到系統(tǒng)所需的

②保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，大于負(fù)載所需轉(zhuǎn)矩

③能與機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載慣量相匹配

為使電機(jī)具有良好的起動性能及較快的響應(yīng)速度推薦Jleq/Jm<=4式中Jleq為系統(tǒng)等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量

Jm

為電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量

④電機(jī)運行速度和最高工作頻率能滿足工作臺切削加工和快移要求。

=

t/360i下一頁上一頁第三十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

①

初定步進(jìn)電機(jī)步距角，計算減速比，確定齒輪副

初選步進(jìn)電機(jī)型號，根據(jù)其工作方式，初定步距角

i=Z1/Z2=

t/360

確定齒輪副齒數(shù)時，盡量選擇一級降速;若需二級，則降速比大的齒輪副應(yīng)遠(yuǎn)離電機(jī)，以利于提高傳動系統(tǒng)的剛度和精度。下一頁上一頁θ:步進(jìn)電機(jī)步距角,(o)/脈沖t:滾珠絲桿導(dǎo)程，mmδ:脈沖當(dāng)量，mm/脈沖第三十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

②

計算慣量

下一頁上一頁2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟設(shè)傳動系統(tǒng)如右圖所示：伺服系統(tǒng)總慣量JG為

JG=Jm+Jleq式中：Jm——步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量

Jleq——換算到電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量第三十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟②計算慣量

nm

——步進(jìn)電機(jī)速度

r/minni

——第i個轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)速r/minJi

——第i個轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量

kg.m2Vj

——第j個移動部件的移動速度

m/minMj——第j個移動部件的質(zhì)量kg第三十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日②計算慣量第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟圖示的一級齒輪減速系統(tǒng)V=nz2.t式中V——工作臺移動速度m/min

t——絲桿導(dǎo)程m第四十頁，共八十一頁，2022年，8月28日②計算慣量第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟式中Jz1——齒輪1的轉(zhuǎn)動慣量kg.m2

Jz2——齒輪2的轉(zhuǎn)動慣量kg.m2

Js

——絲桿2的轉(zhuǎn)動慣量kg.m2

Mw

——工作臺的質(zhì)量kg第四十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日②計算慣量

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟其中，齒輪、絲桿的轉(zhuǎn)動慣量（J）可按圓柱體轉(zhuǎn)動慣量計算Kg/cm3式中D——齒輪分度圓直徑或絲桿名義直徑mmL——齒輪寬度或絲桿長度mmγ——材料比重kg/cm3第四十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日②計算慣量第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟對下圖所示的二級齒輪減速系統(tǒng)第四十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日③

計算轉(zhuǎn)矩

系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)矩包括加速轉(zhuǎn)矩和等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩

快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩M

M=Mamax+Mf式中:

Mamax——快速空載啟動時產(chǎn)生最大加速度所需轉(zhuǎn)矩

Nm

Mf

——克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩

Nm2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第四十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日③

計算轉(zhuǎn)矩

2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)由動力學(xué)知：式中：J——系統(tǒng)總慣量

N·m·s2

ε——步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角加速度

r/s2

ωo——初速度

r/s

ωt——末速度

r/s

T——加速時間

s第四十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日③

計算轉(zhuǎn)矩

2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)對于空載啟動時ω0=0，T為升速時間常數(shù)，則ωt為升速T秒后電機(jī)的角速度此時的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩主要是T作臺移動的磨擦力引起的。式中μ工作臺與導(dǎo)軌之間的磨擦系數(shù)

W為工作臺和工件的總重量

N第四十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日③

計算轉(zhuǎn)矩

2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)式中μ工作臺與導(dǎo)軌之間的磨擦系數(shù)

W為工作臺和工件的總重量

NNm為電機(jī)轉(zhuǎn)速

r/mint為絲桿導(dǎo)程

mmVw為工作臺的移動速度

m/min第四十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日③

計算轉(zhuǎn)矩

2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)最大切削力時所需轉(zhuǎn)矩M為了安全，此時不僅要考慮最大切削力，而且還應(yīng)考慮在切削過程中產(chǎn)生相慶加速度所需轉(zhuǎn)矩，這時所需轉(zhuǎn)矩M為：式中Mat為切削時產(chǎn)生加速度所需加速轉(zhuǎn)矩

N·mMf為克服磨擦所需轉(zhuǎn)矩

N·mMt為克服切削力所需轉(zhuǎn)矩

N·m第四十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日③

計算轉(zhuǎn)矩

2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)與運動方向相反的最大切削力為,垂直于等軌的切削分力為。

則：第四十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)④

計算步進(jìn)電機(jī)運行頻率

工作臺快速空載速度Vmax

電機(jī)最高工作頻率fmax

工作臺工作進(jìn)給時的最低速度Vmin電機(jī)最小運行頻率fmin

工作臺工作進(jìn)給時的最高速度VF電機(jī)最大運行頻率fF

伺服系統(tǒng)在fmin–

fF范圍內(nèi)可用軟件實現(xiàn)無級調(diào)速

步進(jìn)電機(jī)運行頻率

f(Hz)

f=V/60式中,V——工作臺進(jìn)給速度

mm/min下一頁上一頁2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第五十頁，共八十一頁，2022年，8月28日確定步進(jìn)電機(jī)型號第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率fmax和正常工作進(jìn)給頻率fmin~fF，以及快速空載啟動和最大切削力時所需轉(zhuǎn)矩，選擇步進(jìn)電機(jī)型號，主要從兩方面考慮:

ⅰ)步進(jìn)電機(jī)啟動矩頻特性定否能滿足要求

查電機(jī)啟動矩頻特性曲線，得到對應(yīng)于最高工作頻率fmax，電機(jī)能提供的啟動力矩Mq。若Mq

大于計算出的快速空載啟動所需力矩，則說明所選步進(jìn)電機(jī)能滿足快速空載啟動時所需啟動力矩要求。下一頁上一頁2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第五十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日ⅱ)步進(jìn)電機(jī)運行矩頻特性是否能滿足要求第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

查電機(jī)運行矩頻特性曲線，得到對應(yīng)于正常工作進(jìn)給最大運行頻率fF電機(jī)所能提供的力矩M。若M大于計算出的最大切削力所需轉(zhuǎn)矩，則說明所選電機(jī)能滿足伺服系統(tǒng)正常工作時所需力矩要求。

下一頁上一頁2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第五十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日3)步進(jìn)電機(jī)選擇實例第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)例：一個工作臺驅(qū)動系統(tǒng)如圖所示，已知參數(shù)見表1，工作臺與導(dǎo)軌磨擦系數(shù)為0.04，加速時間0.25s，求轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩。第五十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日3)步進(jìn)電機(jī)選擇實例第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)例：一個工作臺驅(qū)動系統(tǒng)如圖所示，已知參數(shù)見表1，工作臺與導(dǎo)軌磨擦系數(shù)為0.04，加速時間0.25s，求轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩。第五十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日3)步進(jìn)電機(jī)選擇實例第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)例：一個工作臺驅(qū)動系統(tǒng)如圖所示，已知參數(shù)見表1，工作臺與導(dǎo)軌磨擦系數(shù)為0.04，加速時間0.25s，求轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩。計算轉(zhuǎn)矩：第五十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日三.步進(jìn)伺服驅(qū)動電路第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)下一頁上一頁第五十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日三.步進(jìn)伺服驅(qū)動電路第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)（一）脈沖分配

按一定的規(guī)律將進(jìn)給脈沖分配給步進(jìn)電機(jī)定子繞組的各相實現(xiàn)方法：1.硬件集成脈沖分配器TTL:B013,BY014BY015,BY016CMOS:CH250PA=P+?

PB

+P_?

PCPB=P+?

PC

+P_?

PAPC=P+?

PA

+P_?

PB各相通電狀態(tài)CBA正

反001A011AB010B110BC100C101CA下一頁上一頁第五十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日三.步進(jìn)伺服驅(qū)動電路第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)（一）脈沖分配

1.軟件移位法查表法50C

BA00000001初始通電→A01000000

右移三次 10111111按位取反00001001清無關(guān)位→AB

D7D6D5D4D3D2D1D0

CY返回下一頁上一頁第五十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日（二）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)1．對驅(qū)動電源的要求

實際上，步進(jìn)電機(jī)是感性負(fù)載，繞組中電流不能突變，而是按指數(shù)規(guī)律上升或下降,從而使整個通電周期內(nèi)，繞組電流平均值下降，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降。

理想驅(qū)動電源使電機(jī)繞組電流盡量接近矩形波。而當(dāng)電機(jī)運行頻率很高時，電流峰值顯著小于額定勵磁電流，從而導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步下降，嚴(yán)重時不能啟動。

下一頁上一頁第五十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)上升時電流時間常數(shù)Ti=L/R

L——步進(jìn)電機(jī)繞組平均電感量

R——通電回路電阻，包括：

繞組內(nèi)阻、功率放大器輸出級內(nèi)阻、串聯(lián)電阻

下降時電流時間常數(shù)Td=L/RDRD——放大回路電阻

為了提高步進(jìn)電機(jī)動態(tài)特性，必須改善電流波形，使前后沿陡度增大，方法有：

下一頁上一頁第六十頁，共八十一頁，2022年，8月28日1)電阻法第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

從Ti=L/R知，為，可R，故可在進(jìn)電機(jī)繞組回路中串聯(lián)一個電阻Ro此時，Ti

=L/(r+R0

)

特點：線路簡單，但

Ro(10Ω)上消耗一定功率，發(fā)熱量大，也降低了放大器的效率，只適于小功率步進(jìn)電機(jī)。

下一頁上一頁第六十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日2)電壓法

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

電感繞組通電狀態(tài)時，繞組上電流為

Im=(E/r)(1-e-t/Ti)

E——電源電壓

電流增長率為

dIm/dt=Im=(E/r)(1-e-t/Ti)可見，增大電源電壓可以有效地改善電流上升陡度

特點：線路復(fù)雜，需采用雙電源，但效率較高，效果好，適于中小型功率步進(jìn)電機(jī)。下一頁上一頁第六十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日返回下一頁上一頁2．單電壓型驅(qū)動電源第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

電容C:在接通瞬間短接R

電流由ELCT1

故C稱加速電容

電阻Rc:在電流達(dá)到恒定后還起限流作用，此時電流由

ELtRoT1

輸入脈沖為“0”時，T1截止，il=0輸入脈沖為“1”時，T1導(dǎo)通

第六十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日返回下一頁上一頁第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)輸入脈沖消失后，T1截止，L兩端將產(chǎn)生一感應(yīng)電壓。V=L(di/dt)，由于T1關(guān)斷時間dt很短，故感應(yīng)電壓U很大，將擊穿晶體管，為此增加二極管D續(xù)流，續(xù)流電流:LRoDL

2．單電壓型驅(qū)動電源第六十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)而T2在高壓控制電路下導(dǎo)通時間t1較短(100-600s)繞組在高壓EH下電流迅速增大至額定值，此時低壓EL無效。3．高低壓雙壓型驅(qū)動電源輸入脈沖信號為“0”時，

T1、T2均截止，IL=0輸入信號為“1”時，T1導(dǎo)通t1之后，T2截止，低壓供壓，維持繞組所需的額定電流IeEHEL下一頁上一頁第六十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

輸入脈沖信號消失(為“0”)，

T1、T2均截止，L上電流經(jīng)放電回路：

LRoD2EHELD1L

迅速下降

EH供電，勵磁電流前沿電流Ip=[EH/(r+R0)](1-e-t/Ti)

由此計算t1

t1=T/n{EH/[EH+In(r+R0)]}In—要求高壓通電，電流達(dá)到的數(shù)值3．高低壓雙壓型驅(qū)動電源EHEL下一頁上一頁第六十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)繞組上電流Il隨外加電壓(EH、EL)變化而變化，當(dāng)外加電壓變化時，電機(jī)特性變差，工作不穩(wěn)定繞組電流波形下凹，使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低

3)

R的存在使效率降低

EHELEHEL返回存在的問題：下一頁上一頁第六十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日4．電流斬波型第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

在繞組回路中串接電流檢測電路：當(dāng)繞組電流下降至一定下限時，由檢測電路發(fā)生信號、控制

高壓管再度接通，使繞組

電流回升；當(dāng)電流增至某一上限時，再次斷開高壓源。下一頁上一頁第六十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日返回下一頁上一頁第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第六十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日5．細(xì)分驅(qū)動電源第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)若勵磁電流以方波達(dá)到額定值，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個步距角；而若勵磁電流以若干級上升到額定值，則轉(zhuǎn)子以同樣的若干級轉(zhuǎn)過一個步距角，即可使步進(jìn)電機(jī)步距變小。細(xì)分即使電機(jī)通電電流由矩形波轉(zhuǎn)變?yōu)殡A梯波，即使勵磁電流以若干個等幅、等寬的階梯上升到額定值，并以同樣的階梯從額定值下降到零。下一頁上一頁第七十頁，共八十一頁，2022年，8月28日下一頁上一頁第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第七十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)返回下一頁上一頁第七十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日下一頁上一頁第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)返回第七十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動器下一頁上一頁返回第七十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日下一頁上一頁第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動器返回第七十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日