數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1、數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一、數(shù)控伺服系統(tǒng)的定義及組成、數(shù)控伺服系統(tǒng)的定義及組成1、定義：、定義： 伺服伺服(servo)，本意為，本意為“服從服從”的含義。進(jìn)的含義。進(jìn)給伺服系統(tǒng)給伺服系統(tǒng)(feed servo system)就是以移動(dòng)就是以移動(dòng)部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。部件的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 2、組成：、組成： 進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：位進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：位置控制單元；速度控制單元；驅(qū)動(dòng)元件置控制單元；速度控制單元；驅(qū)動(dòng)元件(電機(jī)電機(jī))；檢測(cè)與反饋單元；機(jī)械執(zhí)行部件。檢測(cè)與反饋單元；機(jī)

2、械執(zhí)行部件。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控伺服系統(tǒng)的基本組成數(shù)控伺服系統(tǒng)的基本組成數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制是指以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令信號(hào)，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)進(jìn)給指令信號(hào)，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)是數(shù)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置控裝置( (計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)) )和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。床的重要組成部分。 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)又稱為數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)又稱為位置

3、隨動(dòng)系統(tǒng)位置隨動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服機(jī)構(gòu)伺服機(jī)構(gòu)或或伺服單元伺服單元。 該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合性強(qiáng)。復(fù)雜，綜合性強(qiáng)。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)主要的子系統(tǒng)。如果說如果說cnc裝置是數(shù)控系統(tǒng)的裝置是數(shù)控系統(tǒng)的“大腦大腦”，是，是發(fā)布發(fā)布“命令命令”的的“指揮所指揮所”，那么進(jìn)給伺服，那么進(jìn)給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的“四肢四肢”，是一種，是一種“執(zhí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)行機(jī)構(gòu)”。它忠實(shí)地執(zhí)行由。它忠實(shí)地執(zhí)行由cnc裝置發(fā)來的裝置發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向，運(yùn)動(dòng)命令

4、，精確控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)給速度與位移量。進(jìn)給速度與位移量。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)二、對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求二、對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求 1 1、位移精度高、位移精度高 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。伺服系統(tǒng)的位移精度是指指令量的精確程度。伺服系統(tǒng)的位移精度是指指令脈沖要求機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給的位移量和該指令脈脈沖要求機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給的位移量和該指令脈沖經(jīng)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)實(shí)際位移量之間的沖經(jīng)伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)實(shí)際位移量之間的符合程度。兩者誤差愈小，位移精度愈高。符合程度。兩者誤差愈小，位移精度愈高。 2 2、穩(wěn)定性好、穩(wěn)定性好 穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定外

5、界干擾作用下，穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到能在短暫的調(diào)節(jié)過程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)的能力。要求伺服系統(tǒng)具有較強(qiáng)原來平衡狀態(tài)的能力。要求伺服系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，保證進(jìn)給速度均勻、平穩(wěn)。穩(wěn)的抗干擾能力，保證進(jìn)給速度均勻、平穩(wěn)。穩(wěn)定性直接影響數(shù)控加工精度和表面粗糙度。定性直接影響數(shù)控加工精度和表面粗糙度。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3 3、 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)響應(yīng)要快響應(yīng)要快 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，它反映了系統(tǒng)跟蹤精度。機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)際上反映了系統(tǒng)跟蹤精度。機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)際上就是一種高精度的位

6、置隨動(dòng)系統(tǒng)，為保證輪廓切就是一種高精度的位置隨動(dòng)系統(tǒng)，為保證輪廓切削形狀精度和低的表面粗糙度，要求伺服系統(tǒng)跟削形狀精度和低的表面粗糙度，要求伺服系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，跟隨誤差小。蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，跟隨誤差小。4 4、調(diào)速范圍寬、調(diào)速范圍寬 調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。目前數(shù)控機(jī)床一般要求目前數(shù)控機(jī)床一般要求進(jìn)給伺服系統(tǒng)的調(diào)速范圍是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的調(diào)速范圍是024m/min，有的，有的已達(dá)到已達(dá)到240m/min。在數(shù)控機(jī)床中，由于所用刀在數(shù)控機(jī)床中，由于所用刀具、加工材料及零件加工要求的不同，為

7、保證在具、加工材料及零件加工要求的不同，為保證在各種情況下都能得到最佳切削條件，就要求伺服各種情況下都能得到最佳切削條件，就要求伺服系統(tǒng)具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。系統(tǒng)具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5 5、低速大扭矩、低速大扭矩 要求伺服系統(tǒng)有足夠的輸出扭矩或驅(qū)動(dòng)功率。要求伺服系統(tǒng)有足夠的輸出扭矩或驅(qū)動(dòng)功率。機(jī)床加工的特點(diǎn)是，在低速時(shí)進(jìn)行重切削。因此，機(jī)床加工的特點(diǎn)是，在低速時(shí)進(jìn)行重切削。因此，伺服系統(tǒng)在低速時(shí)要求有大的轉(zhuǎn)矩輸出。伺服系統(tǒng)在低速時(shí)要求有大的轉(zhuǎn)矩輸出。 進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制恒轉(zhuǎn)矩控制，在整個(gè)，在整個(gè)速度范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩；主軸坐標(biāo)的伺服速

8、度范圍內(nèi)都要保持這個(gè)轉(zhuǎn)矩；主軸坐標(biāo)的伺服控制在低速時(shí)為控制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩控制恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時(shí)為在高速時(shí)為恒功率控制恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。，具有足夠大的輸出功率。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求：對(duì)伺服電機(jī)的要求：（1）調(diào)運(yùn)范圍寬且有良好的穩(wěn)定性，低速時(shí)速度）調(diào)運(yùn)范圍寬且有良好的穩(wěn)定性，低速時(shí)速度平穩(wěn)。平穩(wěn)。（2 2）電機(jī)應(yīng)具有大的、較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以電機(jī)應(yīng)具有大的、較長(zhǎng)時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。（3 3）反應(yīng)速度快，電機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、反應(yīng)速度快，電機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、較大的轉(zhuǎn)矩、盡可能小

9、的機(jī)電時(shí)間常數(shù)和很大較大的轉(zhuǎn)矩、盡可能小的機(jī)電時(shí)間常數(shù)和很大的加速度的加速度(4000rad/s(4000rad/s2 2以上以上) )。（4 4）能承受頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)。）能承受頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)。 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)工作臺(tái)脈沖脈沖指令指令伺服電機(jī)伺服電機(jī)速度檢測(cè)速度檢測(cè)速度控制速度控制位置控制位置控制位置檢測(cè)位置檢測(cè)伺服電機(jī)伺服電機(jī)速度控制速度控制位置控制位置控制工作臺(tái)工作臺(tái)脈沖編碼器脈沖編碼器指令指令1按調(diào)節(jié)理論分類按調(diào)節(jié)理論分類（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)）開環(huán)伺服系統(tǒng)（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)）閉環(huán)伺服系統(tǒng)（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)三、伺服系

10、統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電電機(jī)機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件 a相相 b相相 c相相fncnc插 補(bǔ) 指插 補(bǔ) 指令令脈沖頻率脈沖頻率f脈沖個(gè)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)n換算換算脈沖環(huán)脈沖環(huán)形分配形分配變換變換功功率率放放大大（1）開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)）開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，它沒開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，它沒有位置反饋回路和速度反饋回路，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。有位置反饋回路和速度反饋回路，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，無位置反饋，精度相對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

11、的性能和精度。機(jī)構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位置控制位置控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋檢測(cè)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(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件cnc插補(bǔ)插

12、補(bǔ)指令指令實(shí)際實(shí)際位置位置反饋反饋實(shí)際實(shí)際速度速度反饋反饋2）半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)）半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)一般將位置檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)一般將位置檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)軸上或絲杠端部，用以精確控制電機(jī)的角度，然后軸上或絲杠端部，用以精確控制電機(jī)的角度，然后通過滾珠絲杠等傳動(dòng)部件，將角度轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)的通過滾珠絲杠等傳動(dòng)部件，將角度轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)的位移，為間接測(cè)量。位移，為間接測(cè)量。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要

13、好。性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對(duì)這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的但可對(duì)這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代較高，因而在現(xiàn)代cnc機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)與反饋檢測(cè)與反饋單元單元位置控制調(diào)節(jié)位置控制調(diào)節(jié)器器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)動(dòng)位置控制單元位置控制單元速度控

14、制單元速度控制單元+-電電機(jī)機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件cnc插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令實(shí)際位實(shí)際位置反饋置反饋實(shí)際速實(shí)際速度反饋度反饋3）閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)）閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床的工閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床的工作臺(tái)上，檢測(cè)裝置測(cè)出實(shí)際位移量或者實(shí)際所處位作臺(tái)上，檢測(cè)裝置測(cè)出實(shí)際位移量或者實(shí)際所處位置，并將測(cè)量值反饋給置，并將測(cè)量值反饋給cnc裝置，與指令進(jìn)行比較，裝置，與指令進(jìn)行比較，求得差值，依此構(gòu)成閉環(huán)位置控制。求得差值，依此構(gòu)成閉環(huán)位置控制。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的從理論上講，可以消除整個(gè)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)量。具有很

15、高的位置控制精誤差、間隙和失動(dòng)量。具有很高的位置控制精度。度。 由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。相當(dāng)困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2 2、按使用的執(zhí)行元件分類按使用的執(zhí)行元件分類 （1）電液伺服系統(tǒng)）電液伺服系統(tǒng) 電液脈沖馬達(dá)電液

16、脈沖馬達(dá)和和電液伺服馬達(dá)電液伺服馬達(dá)。 優(yōu)點(diǎn)：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性優(yōu)點(diǎn)：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常數(shù)小、反應(yīng)快和速度平穩(wěn)。好，時(shí)間常數(shù)小、反應(yīng)快和速度平穩(wěn)。 缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。噪聲大、缺點(diǎn)：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。噪聲大、漏油。漏油。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（2）電氣伺服系統(tǒng)）電氣伺服系統(tǒng) 1）直流伺服系統(tǒng)）直流伺服系統(tǒng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺服電機(jī)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用大慣量寬調(diào)速永磁直流伺服電機(jī)和中小慣量直流伺服電機(jī)；主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用他激直流伺服電機(jī)。中小慣量直流伺服電機(jī)；主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用他激直流伺服電機(jī)。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好（調(diào)速

17、范圍寬），輸出轉(zhuǎn)矩大，過優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好（調(diào)速范圍寬），輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)。載能力強(qiáng)。 缺點(diǎn)：有電刷，速度不高。缺點(diǎn)：有電刷，速度不高。 2）交流伺服系統(tǒng)）交流伺服系統(tǒng) 交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）和交流感應(yīng)異步伺服電機(jī)（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）和永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服系統(tǒng)）。永磁同步伺服電機(jī)（一般用于進(jìn)給伺服系統(tǒng)）。 優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)子慣量比直流電機(jī)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。而且容優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)子慣量比直流電機(jī)小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。而且容易維修，制造簡(jiǎn)單，適合于在較惡劣環(huán)境中使用，易于向大易維修，制造簡(jiǎn)單，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(dá)到或超過直

18、容量、高速度方向發(fā)展，其性能更加優(yōu)異，已達(dá)到或超過直流伺服系統(tǒng)，交流伺服電機(jī)已在數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用。流伺服系統(tǒng)，交流伺服電機(jī)已在數(shù)控機(jī)床中得到廣泛應(yīng)用。 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3 3、按被控對(duì)象分類、按被控對(duì)象分類 （1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)包括速度控制環(huán)和位置控包括速度控制環(huán)和位置控制環(huán)，用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)或刀架坐標(biāo)的控制制環(huán)，用于數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并提供切削過程所需轉(zhuǎn)矩。提供切削過程所需轉(zhuǎn)矩。 （2）主軸伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)只是一個(gè)速主軸伺服系統(tǒng)只是一個(gè)速度控制系統(tǒng)，控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)

19、動(dòng)，為機(jī)度控制系統(tǒng)，控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為機(jī)床主軸提供驅(qū)動(dòng)功率和所需的切削力，且保證床主軸提供驅(qū)動(dòng)功率和所需的切削力，且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4、按反饋比較控制方式分類、按反饋比較控制方式分類 （1）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng) （2）相位比較伺服系統(tǒng)）相位比較伺服系統(tǒng) （3）幅值比較伺服系統(tǒng)）幅值比較伺服系統(tǒng) （4）全數(shù)字伺服系統(tǒng)）全數(shù)字伺服系統(tǒng)數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第二第二 節(jié)節(jié) 開環(huán)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開環(huán)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一、步進(jìn)電機(jī)的分類一、步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)：是一種是一種將電脈沖轉(zhuǎn)變成機(jī)械角位移的裝置。將電脈沖轉(zhuǎn)變成機(jī)械角位移的裝置。

20、 v按輸出轉(zhuǎn)矩分：按輸出轉(zhuǎn)矩分： 快速步進(jìn)電機(jī)、快速步進(jìn)電機(jī)、功率功率步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)。 v按勵(lì)磁相數(shù)分：按勵(lì)磁相數(shù)分： 三相、四相、五相、三相、四相、五相、 六相、八相等六相、八相等 v按工作原理分：按工作原理分： 反應(yīng)式、激磁式、反應(yīng)式、激磁式、v 混合式（永磁反應(yīng)式）混合式（永磁反應(yīng)式） 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1 1、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)1）結(jié)構(gòu)：由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成）結(jié)構(gòu)：由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成 極與極之間的夾角為極與極之間的夾角為6060，每個(gè)定子磁極上均勻分布了五個(gè)齒，每個(gè)定子磁極上均勻分布了五個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為齒槽距相等，齒距角為9 9。轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心上無繞組，

21、只有均勻分布的上無繞組，只有均勻分布的4040個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為360360/40/409 9。 單段式三相反應(yīng)式步單段式三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)：進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)： 定子鐵心上有六個(gè)均定子鐵心上有六個(gè)均勻分布的磁極，沿直徑相勻分布的磁極，沿直徑相對(duì)兩個(gè)極上的線圈串聯(lián)，對(duì)兩個(gè)極上的線圈串聯(lián)，構(gòu)成一相勵(lì)磁繞組。構(gòu)成一相勵(lì)磁繞組。特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子無繞組，定轉(zhuǎn)子開小齒、步距小。應(yīng)用最廣。 a a b b c c 定子 轉(zhuǎn)子 繞組 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)定子上線圈的繞法定子上線圈的繞法a相a相b相b相c相c相a相相b相相c相相數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上有均勻分布的轉(zhuǎn)子上有均勻

22、分布的齒，沒有繞組。齒，沒有繞組。轉(zhuǎn)子齒間夾角為轉(zhuǎn)子齒間夾角為9o左圖為一轉(zhuǎn)子示意圖：左圖為一轉(zhuǎn)子示意圖：以四十齒為例來說以四十齒為例來說明步進(jìn)電機(jī)的原理明步進(jìn)電機(jī)的原理數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) a a b b c c 定子 轉(zhuǎn)子 繞組 小步距角的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)小步距角的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布轉(zhuǎn)子均勻分布40齒，齒，定子每段極弧上有定子每段極弧上有5個(gè)齒，定轉(zhuǎn)子齒個(gè)齒，定轉(zhuǎn)子齒寬、齒距相同。寬、齒距相同。實(shí)際步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)際步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)33636312345678910111213123451234512345v(a)u(b)w(c)6060定子、轉(zhuǎn)子展開圖定子、轉(zhuǎn)子展開圖

23、數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(2) (2) 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 工作原理：轉(zhuǎn)子或定子的一方具有永久磁鋼，另一方有工作原理：轉(zhuǎn)子或定子的一方具有永久磁鋼，另一方有軟磁材料制成，由繞組輪流通電產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永久磁鋼相軟磁材料制成，由繞組輪流通電產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永久磁鋼相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：不開小齒，步距角大，內(nèi)阻較大，效率高，斷電后不開小齒，步距角大，內(nèi)阻較大，效率高，斷電后有一定的定位轉(zhuǎn)矩。有一定的定位轉(zhuǎn)矩。(3) (3) 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

24、（永磁感應(yīng)子式）（永磁感應(yīng)子式） 定子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式基本相同，轉(zhuǎn)子由環(huán)形磁鋼及兩段定子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式基本相同，轉(zhuǎn)子由環(huán)形磁鋼及兩段鐵心組成。兼有以上兩種的主要優(yōu)點(diǎn)，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的新鐵心組成。兼有以上兩種的主要優(yōu)點(diǎn)，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的新產(chǎn)品。產(chǎn)品。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 混合式步進(jìn)電機(jī)與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上混合式步進(jìn)電機(jī)與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上置有磁鋼。產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)大，且步置有磁鋼。產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)大，且步距角?？梢宰龅妮^小，因此在工作空間受限而需要距角?？梢宰龅妮^小，因此在工作空間受限而需要小步距角和大轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用中。小步距角和大轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用中。 反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上無磁鋼，輸入能量

25、全靠定反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上無磁鋼，輸入能量全靠定子勵(lì)磁電流供給，靜態(tài)電流比永磁式大許多。轉(zhuǎn)子子勵(lì)磁電流供給，靜態(tài)電流比永磁式大許多。轉(zhuǎn)子得到機(jī)械慣量較混合式步進(jìn)電機(jī)低，可以實(shí)現(xiàn)更快得到機(jī)械慣量較混合式步進(jìn)電機(jī)低，可以實(shí)現(xiàn)更快的加減速。的加減速?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的比較：混合式步進(jìn)電機(jī)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的比較：數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2. 2. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制原理各部分的作用：各部分的作用： 數(shù)控裝置：數(shù)控裝置：根據(jù)控制要求發(fā)出指令脈沖，每發(fā)出一個(gè)根據(jù)控制要求發(fā)出指令脈沖，每發(fā)出一個(gè)脈沖電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)特定的角度，即步距角脈沖電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)特定的角度，即步距角 環(huán)形分配：環(huán)形分配

26、：根據(jù)指令方向，依次產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的各相根據(jù)指令方向，依次產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的各相的通電步驟，分為硬件環(huán)分、軟件環(huán)分兩種。的通電步驟，分為硬件環(huán)分、軟件環(huán)分兩種。 放大電路：放大電路：放大環(huán)形分配的各相指令，產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)放大環(huán)形分配的各相指令，產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的各相的驅(qū)動(dòng)電流的各相的驅(qū)動(dòng)電流 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 位移量的控制位移量的控制 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)送一個(gè)控制脈沖，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)送一個(gè)控制脈沖，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個(gè)角度或移動(dòng)一個(gè)直線位移，稱為一步；脈沖數(shù)增加，角位移個(gè)角度或移動(dòng)一個(gè)直線位移，稱為一步；脈沖數(shù)增加，角位移( (或或線位移線位移) )隨之增加，即脈沖數(shù)決定位移量。隨之增加，即脈沖數(shù)決定位

27、移量。 進(jìn)給速度的控制進(jìn)給速度的控制 脈沖頻率高，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就高，脈沖頻率高，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就高，反之則低，即脈沖頻率決定進(jìn)給速度。反之則低，即脈沖頻率決定進(jìn)給速度。 運(yùn)動(dòng)方向的控制運(yùn)動(dòng)方向的控制 改變分配脈沖的相序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正、改變分配脈沖的相序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，從而改變運(yùn)動(dòng)方向。反轉(zhuǎn)，從而改變運(yùn)動(dòng)方向。 與一般交流和直流電動(dòng)機(jī)所不同的是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組所與一般交流和直流電動(dòng)機(jī)所不同的是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組所加的電源形式為脈沖電壓，而不是正弦電壓或者恒定直流電壓。加的電源形式為脈沖電壓，而不是正弦電壓或者恒定直流電壓。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 按電磁吸引的原

28、理工作的。必須抓住兩點(diǎn)：按電磁吸引的原理工作的。必須抓住兩點(diǎn)： 磁力線力圖走磁阻最小的路徑，從而產(chǎn)生反應(yīng)力矩磁力線力圖走磁阻最小的路徑，從而產(chǎn)生反應(yīng)力矩 各相定子齒之間彼此錯(cuò)齒各相定子齒之間彼此錯(cuò)齒1/m1/m齒距，齒距，m m為相數(shù)為相數(shù)幾個(gè)概念的含義：幾個(gè)概念的含義： “ “拍拍”- - 定子相繞組每改變一次定子相繞組每改變一次 通電狀態(tài)，稱為通電狀態(tài)，稱為“一拍一拍”。 “ “單單”- - 指只有一相繞組通電。指只有一相繞組通電。 “ “雙雙”- - 指有兩相繞組同時(shí)通電。指有兩相繞組同時(shí)通電。 a a b b c c 定子 轉(zhuǎn)子 繞組 3. 3. 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電

29、動(dòng)機(jī)的工作原理 “ 相數(shù)相數(shù)”電動(dòng)機(jī)定子上有磁極，磁極對(duì)數(shù)稱為相數(shù)。如電動(dòng)機(jī)定子上有磁極，磁極對(duì)數(shù)稱為相數(shù)。如6個(gè)磁極，個(gè)磁極，則為三相，稱該電動(dòng)機(jī)為三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。則為三相，稱該電動(dòng)機(jī)為三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。10個(gè)磁極為五相，稱該個(gè)磁極為五相，稱該電動(dòng)機(jī)為五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)為五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理工作原理定子繞組通斷電順序定子繞組通斷電順序 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向 定子繞組通斷電轉(zhuǎn)換頻率定子繞組通斷電轉(zhuǎn)換頻率 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 定子繞組通斷電次數(shù)定子繞組通斷電次數(shù) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 三相單三拍三相單三拍 a(u)b(v)c(w)a(u) a(u)b(v)c(w)a(u) a(u)c

30、(w)b(v)a(u) a(u)c(w)b(v)a(u)三相雙三拍三相雙三拍 ab(uv)bc(vw)ca(wu)ab(uv)ab(uv)bc(vw)ca(wu)ab(uv) ba(vu)ac(uw)cb(wv)ba(vu) ba(vu)ac(uw)cb(wv)ba(vu)三相單雙六拍三相單雙六拍 a(u)ab(uv)b(v)bc(vw)a(u)ab(uv)b(v)bc(vw) c(w)ca(wu)a(u) c(w)ca(wu)a(u) a(u)ac(uw)c(w)cb(wv) a(u)ac(uw)c(w)cb(wv) b(v)ba(vu)a(u) b(v)ba(vu)a(u)v 通斷電方式通

31、斷電方式數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(1) “(1) “單三拍單三拍”供電方式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理供電方式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理第一拍：第一拍：a a相勵(lì)磁繞組通電，相勵(lì)磁繞組通電，b b、c c相勵(lì)磁繞組斷電。相勵(lì)磁繞組斷電。a a相定子磁極的相定子磁極的電磁力要使相鄰轉(zhuǎn)子齒與其對(duì)齊電磁力要使相鄰轉(zhuǎn)子齒與其對(duì)齊( (使磁阻最小使磁阻最小) )，b b相和相和c c相定、轉(zhuǎn)相定、轉(zhuǎn)子錯(cuò)齒分別為子錯(cuò)齒分別為1/31/3齒距齒距(3(3) )和和2/32/3齒距齒距(6(6) )。第二拍：第二拍：b b相繞組通電，相繞組通電，a a、c c相繞組斷電。電磁反應(yīng)力矩使轉(zhuǎn)子順相繞組斷電。電磁反應(yīng)力矩使轉(zhuǎn)子順時(shí)針

32、方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)3 3，與，與b b相的定子齒對(duì)齊，此時(shí)相的定子齒對(duì)齊，此時(shí)a a、c c相的定、轉(zhuǎn)子相的定、轉(zhuǎn)子齒互相錯(cuò)開。齒互相錯(cuò)開。第三拍：第三拍：c c相繞組通電，相繞組通電，a a、b b相相繞組斷電。電磁反應(yīng)力距又使繞組斷電。電磁反應(yīng)力距又使轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)了轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)了3 3，與與c c相定子齒對(duì)齊，同時(shí)相定子齒對(duì)齊，同時(shí)a a相、相、b b相定、轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開，重復(fù)通相定、轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開，重復(fù)通電順序：電順序： a b c a a b c a 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三相單三拍三相單三拍步進(jìn)電機(jī)工作原理示意步進(jìn)電機(jī)工作原理示意數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 單三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)單三拍步進(jìn)電動(dòng)

33、機(jī)的反轉(zhuǎn) 若定子繞組通電順序?yàn)槿舳ㄗ永@組通電順序?yàn)閍 c b aa c b a ，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來，其步距角仍為就逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來，其步距角仍為3 3。 單三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角單三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 重復(fù)單三拍的通電順序，重復(fù)單三拍的通電順序，a b c aa b c a ，步進(jìn)電機(jī)就，步進(jìn)電機(jī)就順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來，對(duì)應(yīng)每個(gè)指令脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一固定角度順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來，對(duì)應(yīng)每個(gè)指令脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一固定角度3 3( (步距角步距角) )。 單三拍通電控制方式的缺點(diǎn)單三拍通電控制方式的缺點(diǎn) 由于每拍只有一相繞組通電，在切換瞬間可能失去自鎖力矩，由于每拍只有一相

34、繞組通電，在切換瞬間可能失去自鎖力矩，容易失步。而且，只有一相繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，易在平衡位置附容易失步。而且，只有一相繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，易在平衡位置附近產(chǎn)生振蕩。因此，單三拍通電控制方式，工作穩(wěn)定性差，一般近產(chǎn)生振蕩。因此，單三拍通電控制方式，工作穩(wěn)定性差，一般較少采用。較少采用。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 每切換一次，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)1.5，步距角減小一半。原因是：當(dāng)由a相切換到ab相通電時(shí)，a相定子磁極力圖不讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，而保持與其定子齒對(duì)齊，而b相定子磁極的電磁反應(yīng)力矩也力圖使其順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)3，與b相定子齒對(duì)齊，此時(shí)，轉(zhuǎn)子齒與a相、b相定子齒均未對(duì)齊，此位置是a相、b相定子合成磁場(chǎng)的最強(qiáng)方向

35、，即轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)1.5。 若通電順序?yàn)椋篴 ac c bc b ab a 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，步距角仍為1.5。 三相六拍控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半；在切換時(shí)，保持一相繞組通電，工作穩(wěn)定，比雙三拍增大了穩(wěn)定區(qū)。所以三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常采用這種控制方式。(3) (3) 三相六拍工作方式三相六拍工作方式 通電順序：通電順序：a ab b bc c ca a a ab b bc c ca a 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三相單雙六拍三相單雙六拍 aabbbcccaa數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三、步進(jìn)電機(jī)的特性三、步進(jìn)電機(jī)的特性1 1、步距角與步距角誤差、步距角與步距角誤差步距角步距角：每輸入

36、一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，：每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，稱為步進(jìn)電機(jī)的步距角，用稱為步進(jìn)電機(jī)的步距角，用 表示。表示。360mkzmm步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)zz步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)kk狀態(tài)系數(shù)（與通電有關(guān)的系數(shù)）狀態(tài)系數(shù)（與通電有關(guān)的系數(shù)） ， k=k=拍數(shù)拍數(shù)p/p/相數(shù)相數(shù)m m k k1 1：?jiǎn)闻幕螂p三拍：?jiǎn)闻幕螂p三拍 k k2 2：?jiǎn)坞p六拍：?jiǎn)坞p六拍廠家對(duì)于每種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)給出廠家對(duì)于每種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)給出兩種步距角，兩種步距角，彼此相差彼此相差一倍。大步距角系指控制供電拍數(shù)與相數(shù)相等時(shí)的步一倍。大步距角系指控制供電拍數(shù)與相數(shù)相等時(shí)的步距角；

37、小步距角系指供電拍數(shù)是相數(shù)兩倍時(shí)的步距角。距角；小步距角系指供電拍數(shù)是相數(shù)兩倍時(shí)的步距角。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（1）某步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）某步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)子有4040齒并且采用單三齒并且采用單三拍工作的，其步距角為：拍工作的，其步距角為：ooo=360 /mzk=360 /403 1=3 ooo=360 /mzk=360 /403 2=1.5 步距角計(jì)算示例：步距角計(jì)算示例：（2）按單、雙相通電方式運(yùn)行的三相步進(jìn)）按單、雙相通電方式運(yùn)行的三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=40，其步距角為：，其步距角為：數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的頻率為若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的頻率為f f，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：，則

38、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：計(jì)算示例：計(jì)算示例：1 1、某步進(jìn)電機(jī)定子、某步進(jìn)電機(jī)定子6060齒，齒，5 5相十拍工作相十拍工作方式，直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，其轉(zhuǎn)速為方式，直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，其轉(zhuǎn)速為600r/min600r/min，計(jì)算其穩(wěn)定工作頻率和步距角計(jì)算其穩(wěn)定工作頻率和步距角解：由解：由60sfnmzk有：有：5 60260060006060smzknfhz ooo=360 /mzk=360 /5 602=0.660( / min)sfnrmzk360mzk由：由：有：有：數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步距角誤差：步距角誤差：是指步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子每一是指步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子每一步實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度與理論步距角

39、之差值。步實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度與理論步距角之差值。連續(xù)走若干步時(shí)，上述步距誤差的累積值稱為連續(xù)走若干步時(shí)，上述步距誤差的累積值稱為步距的累積誤差。由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，將步距的累積誤差。由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)后，將重復(fù)上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，即步進(jìn)電機(jī)的步距累積重復(fù)上一轉(zhuǎn)的穩(wěn)定位置，即步進(jìn)電機(jī)的步距累積誤差將以一轉(zhuǎn)為周期重復(fù)出現(xiàn)。誤差將以一轉(zhuǎn)為周期重復(fù)出現(xiàn)。步距角誤差步距角誤差數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步距角的選擇：步距角的選擇： 根據(jù)總體方案要求，綜合考慮，通過下式進(jìn)行： 式中 脈沖當(dāng)量 s絲杠螺距(mm) 步距角 i電動(dòng)機(jī)與絲杠間的齒輪傳動(dòng) 減速比 如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角和絲杠螺距s(基本導(dǎo)程)不能滿足脈沖當(dāng)量

40、的要求時(shí)，應(yīng)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠之間加入齒輪傳動(dòng)，用減速比來滿足的要求。(/)360smmi脈沖數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2、靜特性、靜特性 1）靜態(tài)矩角特性）靜態(tài)矩角特性 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)某相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子處于不動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)某相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子處于不動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)轉(zhuǎn)子上無轉(zhuǎn)矩輸出。如果在電動(dòng)機(jī)軸上加一個(gè)這時(shí)轉(zhuǎn)子上無轉(zhuǎn)矩輸出。如果在電動(dòng)機(jī)軸上加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子按一定方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子按一定方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，重新，重新處于不動(dòng)（穩(wěn)定）狀態(tài)，這時(shí)轉(zhuǎn)子上受到的電磁轉(zhuǎn)處于不動(dòng)（穩(wěn)定）狀態(tài)，這時(shí)轉(zhuǎn)子上受到的電磁轉(zhuǎn)矩矩t稱為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，它與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，轉(zhuǎn)過的角稱為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，它與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，轉(zhuǎn)過的角度度稱為

41、失調(diào)角。靜態(tài)時(shí)稱為失調(diào)角。靜態(tài)時(shí)t與與的關(guān)系稱為矩角特性，的關(guān)系稱為矩角特性，它近似于正弦曲線。它近似于正弦曲線。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)靜態(tài)矩角特性靜態(tài)矩角特性數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2) 2) 最大靜轉(zhuǎn)距最大靜轉(zhuǎn)距 t tjmaxjmax (nm) (nm) 靜態(tài)轉(zhuǎn)距：靜態(tài)轉(zhuǎn)距：如果在電動(dòng)機(jī)軸上外加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)距，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一如果在電動(dòng)機(jī)軸上外加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)距，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)角度個(gè)角度ee，這時(shí)轉(zhuǎn)子受的電磁轉(zhuǎn)距，這時(shí)轉(zhuǎn)子受的電磁轉(zhuǎn)距t t。 矩角特性：矩角特性：描述靜態(tài)時(shí)電磁轉(zhuǎn)距描述靜態(tài)時(shí)電磁轉(zhuǎn)距t t與與ee之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。 在靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，當(dāng)外加轉(zhuǎn)距去除時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)距作用下，在靜態(tài)穩(wěn)定

42、區(qū)內(nèi)，當(dāng)外加轉(zhuǎn)距去除時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)距作用下，仍能回到穩(wěn)定平衡點(diǎn)位置仍能回到穩(wěn)定平衡點(diǎn)位置(e(e0) 0)。/20-/2靜穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)穩(wěn)定平衡點(diǎn)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)tetjmax最大靜轉(zhuǎn)距最大靜轉(zhuǎn)距 t tjmaxjmax 的選擇的選擇 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩t tf f 應(yīng)滿足應(yīng)滿足 t tf f = =（0.20.40.20.4）t tjmaxjmax 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3、動(dòng)特性、動(dòng)特性 （1 1）最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩）最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)相鄰兩相的靜態(tài)矩角特性曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)相鄰兩相的靜態(tài)矩角特性曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩即為最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩即為最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩tqtq。當(dāng)外界負(fù)載超過最大起動(dòng)轉(zhuǎn)。當(dāng)外界負(fù)

43、載超過最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就不能起動(dòng)。如下圖所示。矩時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就不能起動(dòng)。如下圖所示。 a bcab qtbtqtat數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)tf起動(dòng)矩頻特性起動(dòng)矩頻特性 描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率與負(fù)載力矩起動(dòng)頻率與負(fù)載力矩的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶著一定的負(fù)載轉(zhuǎn)距起動(dòng)時(shí)，作用在電當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶著一定的負(fù)載轉(zhuǎn)距起動(dòng)時(shí)，作用在電動(dòng)機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之差。負(fù)載動(dòng)機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之差。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，加速轉(zhuǎn)矩就越小，電動(dòng)機(jī)就不易轉(zhuǎn)起來。因轉(zhuǎn)矩越大，加速轉(zhuǎn)矩就越小，電動(dòng)機(jī)就不易轉(zhuǎn)起來。因此，其起動(dòng)頻率隨著負(fù)載的增加而下降。此，其起動(dòng)頻率隨

44、著負(fù)載的增加而下降。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)tf運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性 運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性t tf(f)f(f)是描述是描述步步進(jìn)進(jìn) 電動(dòng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行電動(dòng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩t t與連續(xù)運(yùn)行頻率之間與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。它是衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)的關(guān)系。它是衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承載能力的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。轉(zhuǎn)時(shí)承載能力的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) （2 2）最大啟動(dòng)頻率）最大啟動(dòng)頻率 空載時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)空載時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)啟啟動(dòng)，達(dá)到不動(dòng)，達(dá)到不丟步的正常運(yùn)行的最高頻率稱為丟步的正常運(yùn)行的最高頻率稱為最大最大啟動(dòng)啟動(dòng)頻率頻率。 啟啟動(dòng)時(shí)指令脈沖頻率應(yīng)小于動(dòng)時(shí)指

45、令脈沖頻率應(yīng)小于啟動(dòng)啟動(dòng)頻率，否則將頻率，否則將產(chǎn)生產(chǎn)生失步失步。 步進(jìn)電機(jī)在帶負(fù)載下的啟動(dòng)頻率比空載要低。步進(jìn)電機(jī)在帶負(fù)載下的啟動(dòng)頻率比空載要低。而且，隨著負(fù)載加大（在允許范圍內(nèi)），啟動(dòng)頻率而且，隨著負(fù)載加大（在允許范圍內(nèi)），啟動(dòng)頻率會(huì)進(jìn)一步降低。這種特性稱為會(huì)進(jìn)一步降低。這種特性稱為啟動(dòng)矩頻特性啟動(dòng)矩頻特性。啟動(dòng)矩頻特性曲線啟動(dòng)矩頻特性曲線數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶有負(fù)載力矩當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶有負(fù)載力矩m時(shí)，隨外部慣量的增大，時(shí)，隨外部慣量的增大，啟動(dòng)頻率將明顯下降，其關(guān)系稱為啟動(dòng)頻率將明顯下降，其關(guān)系稱為啟動(dòng)慣頻特性啟動(dòng)慣頻特性。j/kgcms2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) （3）連續(xù)運(yùn)行

46、頻率）連續(xù)運(yùn)行頻率 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在最大起動(dòng)頻率以下起動(dòng)后，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在最大起動(dòng)頻率以下起動(dòng)后，當(dāng)輸入脈沖信號(hào)頻率連續(xù)上升時(shí)，能不失步當(dāng)輸入脈沖信號(hào)頻率連續(xù)上升時(shí)，能不失步運(yùn)行的最大輸入信號(hào)頻率，稱為連續(xù)運(yùn)行頻運(yùn)行的最大輸入信號(hào)頻率，稱為連續(xù)運(yùn)行頻率。該頻率遠(yuǎn)大于最大起動(dòng)頻率。率。該頻率遠(yuǎn)大于最大起動(dòng)頻率。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（4 4）矩頻特性與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩矩頻特性與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，稱步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，稱為為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和脈沖頻率的關(guān)系稱為。最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和脈沖頻率的關(guān)系稱為矩矩頻特性頻特性。該特性上每一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩成為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)。該

47、特性上每一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩成為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩小于最大靜轉(zhuǎn)矩，使用時(shí)要考慮動(dòng)矩。最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩小于最大靜轉(zhuǎn)矩，使用時(shí)要考慮動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的升高而降低的特點(diǎn)。態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的升高而降低的特點(diǎn)。 mqofq/hzm/(nm)數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)四、四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源 1、步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源1. 1. 作用作用 發(fā)出一定功率的電脈沖信號(hào)，使定子勵(lì)磁繞組順序通電。發(fā)出一定功率的電脈沖信號(hào)，使定子勵(lì)磁繞組順序通電。2. 2. 基本要求基本要求 (1) (1) 電源的基本參數(shù)與電動(dòng)機(jī)相適應(yīng)；電源的基

48、本參數(shù)與電動(dòng)機(jī)相適應(yīng)； (2) (2) 滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的要求；滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的要求； (3) (3) 抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠；抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠； (4) (4) 成本低，效率高，安裝維修方便。成本低，效率高，安裝維修方便。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3. 3. 組成組成 由環(huán)形分配器和功率放大器組成。由環(huán)形分配器和功率放大器組成。(1) (1) 環(huán)形分配器環(huán)形分配器 主要功能是將主要功能是將cnccnc裝置的插補(bǔ)脈沖，按步進(jìn)電動(dòng)裝置的插補(bǔ)脈沖，按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各相輸入端，以控制機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各相輸入端，以

49、控制勵(lì)磁繞組的導(dǎo)通或關(guān)斷。同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)有正反轉(zhuǎn)要求，所以環(huán)形勵(lì)磁繞組的導(dǎo)通或關(guān)斷。同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)有正反轉(zhuǎn)要求，所以環(huán)形分配器的輸出是周期性的，又是可逆的。分配器的輸出是周期性的，又是可逆的。 硬件環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和控制方式設(shè)計(jì)的真值根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和控制方式設(shè)計(jì)的真值表或邏輯關(guān)系式，采用邏輯門電路和觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。一般由表或邏輯關(guān)系式，采用邏輯門電路和觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。一般由與非門與非門和和j jk k觸發(fā)器觸發(fā)器組成。常用的是專用集成芯片或通用可編程邏輯器組成。常用的是專用集成芯片或通用可編程邏輯器件組成的環(huán)形分配器。件組成的環(huán)形分配器。 軟件環(huán)形分配器軟件環(huán)形分配

50、器 按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求編制不同的軟環(huán)分程序按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求編制不同的軟環(huán)分程序，存入，存入epromeprom中。中。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1）硬件環(huán)形分配器（）硬件環(huán)形分配器（ch250集成芯片）集成芯片）a）管腳圖）管腳圖b）三相六拍接線圖）三相六拍接線圖a、b、c：a、b、c相相 輸出端輸出端r、r*:確定初始勵(lì)磁相確定初始勵(lì)磁相 10：a相相 01：ab相相 00：環(huán)形分配器工作：環(huán)形分配器工作j3r、j3l、j6r、j6l:控制三拍、控制三拍、 六拍的控制端六拍的控制端數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)b）三相六拍接線圖）三相六拍接線圖若若enl，進(jìn)給脈沖接，進(jìn)給脈沖接cl，脈沖上升沿使環(huán)形，脈沖上升沿使

51、環(huán)形分配器工作；若分配器工作；若cl0，進(jìn)給脈沖接進(jìn)給脈沖接en，脈沖，脈沖下降沿使環(huán)形分配器工下降沿使環(huán)形分配器工作。不符合上述規(guī)定則作。不符合上述規(guī)定則為環(huán)形分配器狀態(tài)鎖定為環(huán)形分配器狀態(tài)鎖定(保持保持)。 cl、en:進(jìn)給脈沖輸入端進(jìn)給脈沖輸入端數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)ud、us:電源端。電源端。 左邊接線圖的功能是左邊接線圖的功能是三相六拍工作方式；步三相六拍工作方式；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的初始勵(lì)磁相進(jìn)電動(dòng)機(jī)的初始勵(lì)磁相為為ab，進(jìn)給脈沖，進(jìn)給脈沖cp的的上升沿有效；方向信號(hào)上升沿有效；方向信號(hào)為為1，則正轉(zhuǎn)；為，則正轉(zhuǎn)；為0，則，則反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三相硬件環(huán)形分配的硬件驅(qū)動(dòng)原理圖三相硬件環(huán)

52、形分配的硬件驅(qū)動(dòng)原理圖 clk clk 為指令脈沖為指令脈沖 dir dir 為旋轉(zhuǎn)方向，為旋轉(zhuǎn)方向， full/half full/half 為整步為整步/ /半半步的控制。步的控制。 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2）軟件環(huán)形分配器）軟件環(huán)形分配器d7d6d5d4d3d2d1d0100110010011001101三相單、雙六拍步進(jìn)控制字節(jié)的存放格式三相單、雙六拍步進(jìn)控制字節(jié)的存放格式tableaabbbccca數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件環(huán)形分配器舉例軟件環(huán)形分配器舉例 對(duì)于三相六拍環(huán)形分配器，每當(dāng)接收到一個(gè)進(jìn)給脈沖指令，環(huán)對(duì)于三相六拍環(huán)形分配器，每當(dāng)接收到一個(gè)進(jìn)給脈沖指令，環(huán)形分配器軟件根據(jù)下表所示真值表，

53、按順序及形分配器軟件根據(jù)下表所示真值表，按順序及 方向控制輸出接口方向控制輸出接口將將a a、b b、c c的值輸出即可。如果上一個(gè)進(jìn)給脈沖到來時(shí)，控的值輸出即可。如果上一個(gè)進(jìn)給脈沖到來時(shí)，控 制制 輸輸 三相六拍環(huán)形分配器真值表三相六拍環(huán)形分配器真值表 序號(hào)序號(hào)a ab bc c方向方向1 11 10 00 0 反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)2 21 11 10 03 30 01 10 04 40 01 11 15 50 00 01 16 61 10 01 1出接口輸出的出接口輸出的a a、b b、c c的值是的值是100100，則對(duì)于下一個(gè)正向進(jìn)給脈沖指令，則對(duì)于下一個(gè)正向進(jìn)給脈沖指令，控制輸出接口輸出

54、的值是控制輸出接口輸出的值是110110，再下一個(gè)正向進(jìn)給脈沖，應(yīng)是再下一個(gè)正向進(jìn)給脈沖，應(yīng)是010010，而使步進(jìn)電機(jī)正向地旋轉(zhuǎn)，而使步進(jìn)電機(jī)正向地旋轉(zhuǎn)起來。實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，靈活方便。起來。實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，靈活方便。數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取偏移量取偏移量取方向控制位取方向控制位dd1?1 1 5? 0以以table+ 為為地址取控制字地址取控制字c向輸出寄存器向輸出寄存器寫入控制字節(jié)寫入控制字節(jié)c返回主程序返回主程序-1-1 nnnyyy環(huán)分中斷子程序框圖環(huán)分中斷子程序框圖數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)器（功率放大電路）功率驅(qū)動(dòng)器（功率放大電路） 作用：作用：將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號(hào)放大，以用足夠的功率將

55、環(huán)形分配器輸出的脈沖信號(hào)放大，以用足夠的功率來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 類型：類型：最早的功率驅(qū)動(dòng)器采用單電壓驅(qū)動(dòng)電路，后來出現(xiàn)了最早的功率驅(qū)動(dòng)器采用單電壓驅(qū)動(dòng)電路，后來出現(xiàn)了雙電壓雙電壓( (高電壓高電壓) )驅(qū)動(dòng)電路、斬波電路、調(diào)頻調(diào)壓和細(xì)分電路等。驅(qū)動(dòng)電路、斬波電路、調(diào)頻調(diào)壓和細(xì)分電路等。3、功率驅(qū)動(dòng)器、功率驅(qū)動(dòng)器數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1）對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求）對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求 理想驅(qū)動(dòng)電源使電機(jī)繞組電流盡理想驅(qū)動(dòng)電源使電機(jī)繞組電流盡量接近矩形波（圖量接近矩形波（圖a a）。）。 實(shí)際上，步進(jìn)電機(jī)是感性負(fù)載，實(shí)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)繞組中電流不能突變，而

56、是按指數(shù)規(guī)律上升或下降規(guī)律上升或下降, ,從而使整個(gè)通電從而使整個(gè)通電周期內(nèi)，繞組電流平均值下降，電周期內(nèi)，繞組電流平均值下降，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降（圖（圖b） 。而當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率很高時(shí)，電流而當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率很高時(shí)，電流峰值顯著小于額定勵(lì)磁電流，從而峰值顯著小于額定勵(lì)磁電流，從而導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步下降，嚴(yán)重時(shí)不能啟動(dòng)不能啟動(dòng)（圖（圖c） 。 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 上升時(shí)電流時(shí)間常數(shù)上升時(shí)電流時(shí)間常數(shù) i = l/rs l步進(jìn)電機(jī)繞組平均電感量步進(jìn)電機(jī)繞組平均電感量 rs通電回路電阻，包括：通電回路電阻，包括： 繞組內(nèi)阻、功率放大器輸出級(jí)內(nèi)阻、串聯(lián)電阻繞組內(nèi)阻

57、、功率放大器輸出級(jí)內(nèi)阻、串聯(lián)電阻 下降時(shí)電流時(shí)間常數(shù)下降時(shí)電流時(shí)間常數(shù) d = l/rd rd放大回路電阻放大回路電阻 為了提高步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性，必須改善電流為了提高步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性，必須改善電流波形，使前后沿陡度增大。波形，使前后沿陡度增大。 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 圖中串接一圖中串接一電電阻阻r rs s，為了減小回路的時(shí)間常數(shù)，電阻，為了減小回路的時(shí)間常數(shù)，電阻r rs s并聯(lián)一并聯(lián)一電容電容c c，提高電機(jī)的快速響應(yīng)能力和啟動(dòng)性能。，提高電機(jī)的快速響應(yīng)能力和啟動(dòng)性能。續(xù)流二極管續(xù)流二極管vdvd和和阻阻容吸收回路容吸收回路rcrc，是功率管，是功率管vtvt的保護(hù)線路。的保護(hù)線路。 單電壓驅(qū)

58、動(dòng)電路單電壓驅(qū)動(dòng)電路a+12v+60vvt1vt2vt3lcsrsvd前置放大前置放大vd：續(xù)流二極管：續(xù)流二極管cs：加速電容：加速電容rs:限制繞組電流限制繞組電流 減小時(shí)間常數(shù)減小時(shí)間常數(shù) 數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)lrs:作用是限制繞組電流，減小時(shí)間常數(shù)作用是限制繞組電流，減小時(shí)間常數(shù) 太小則電流前沿不陡，電機(jī)帶負(fù)載能力下降。太小則電流前沿不陡，電機(jī)帶負(fù)載能力下降。 太大則功率消耗過大。太大則功率消耗過大。l單電壓功放電源的特點(diǎn)單電壓功放電源的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是電流上升不夠快，優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是電流上升不夠快， rs的接入使無功功耗增大，高頻時(shí)帶負(fù)載能力低，晶的接入使無功功耗增大，

59、高頻時(shí)帶負(fù)載能力低，晶體管的耐壓要求高。體管的耐壓要求高。l單電壓功放電源的應(yīng)用單電壓功放電源的應(yīng)用 一般用于小功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般用于小功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)特點(diǎn)是供給步進(jìn)電機(jī)繞組有兩種電壓：一種是是供給步進(jìn)電機(jī)繞組有兩種電壓：一種是高電壓高電壓u1u1，由電機(jī)，由電機(jī)參數(shù)和晶體管特性決定，一般在參數(shù)和晶體管特性決定，一般在80v80v至更高范圍，另一種是至更高范圍，另一種是低電壓低電壓u2u2，即步進(jìn)電機(jī)繞組額定電壓，一般為幾伏，不超過，即步進(jìn)電機(jī)繞組額定電壓，一般為幾伏，不超過20v20v。2）雙電壓（高低壓）驅(qū)動(dòng)電源）雙電壓（高低壓）驅(qū)動(dòng)電源當(dāng)環(huán)形分配器輸出高電平時(shí)，兩當(dāng)

60、環(huán)形分配器輸出高電平時(shí)，兩只功率放大管只功率放大管vtd，vtg同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)導(dǎo)通，電機(jī)繞組以電機(jī)繞組以60v高壓供電，繞組高壓供電，繞組電流快速上升，前沿很陡，當(dāng)接電流快速上升，前沿很陡，當(dāng)接近額定電流時(shí)，單穩(wěn)延時(shí)時(shí)間到，近額定電流時(shí)，單穩(wěn)延時(shí)時(shí)間到， vtg管截止，改由低壓管截止，改由低壓12v供電，供電，維持繞組額定電流。若高低壓之維持繞組額定電流。若高低壓之比為比為u1/u2，則電流上升也提高，則電流上升也提高u1/u2倍，上升時(shí)間明顯減小。倍，上升時(shí)間明顯減小。當(dāng)?shù)蛪簲嚅_時(shí)，電感中儲(chǔ)能通過當(dāng)?shù)蛪簲嚅_時(shí)，電感中儲(chǔ)能通過構(gòu)成的放電回路放電，因此也加構(gòu)成的放電回路放電，因此也加快了放電過程