第五章開環(huán)伺服系統(tǒng)

第五章開環(huán)伺服系統(tǒng)第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.1概述第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三特點：沒有位置反饋和速度反饋回路；多使用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)；在工作頻率范圍內(nèi)，系統(tǒng)每發(fā)出一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過一定的角度（步距角）；工作臺的位移量由發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)量決定；工作臺的移動速度由發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率決定；第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三受到步距角的限制，并且對系統(tǒng)誤差只能采用軟件補(bǔ)償?shù)姆椒ń鉀Q，所以精度較低；受到步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率的限制，所以速度較慢。工作臺的移動方向由步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序或電流方向決定；第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.2步進(jìn)電機(jī)(StepperMotor)按照工作原理分：反應(yīng)式/變磁阻式永磁式、永磁感應(yīng)子式/混合式按照相數(shù)分：三相、四相、五相等5.2.1反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)又稱為可變磁阻式（VariableReluctance）步進(jìn)電機(jī)，簡稱為VR步進(jìn)電機(jī)。第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.2.1.1工作原理第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三步進(jìn)電機(jī)從一相通電換接到另一相通電，稱為一拍，每一拍，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個固定的角度，稱為步距角θ。例子中的步進(jìn)電機(jī)繞阻通電順序為A-C-B-A…，則轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動，步距角為7.5o；若繞阻通電順序為A-B-C-A…，則轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。該種供電方式稱為單三拍方式。雙三拍方式：AB-BC-CA-AB…三相六拍方式：A-AB-B-BC-C-CA-A…第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.2.1.2性能指標(biāo)步距角θ：步進(jìn)電機(jī)每接收到一個控制脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。其中Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，為N供電方式的拍數(shù)。步距角決定了系統(tǒng)的分辨率。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動一個步距角引起的工作臺移動距離稱為脈沖當(dāng)量δ。第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三其中l(wèi)為絲杠螺距，i為減速齒輪副的傳動比。最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mjmax：步進(jìn)電機(jī)在不改變通電狀態(tài)時（轉(zhuǎn)子處在不動狀態(tài)，即靜態(tài)），在電機(jī)軸上外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度（失調(diào)角），負(fù)載撤銷后，轉(zhuǎn)子又回到原來的位置。步進(jìn)電機(jī)所能夠承受的該類負(fù)載轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩反映了步進(jìn)電機(jī)工作時的帶載能力。第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三空載啟動（突跳）頻率fst：空載時步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動，進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行狀態(tài)的最高控制脈沖頻率。最大運(yùn)行頻率fw：步進(jìn)電機(jī)不丟步而正常連續(xù)運(yùn)行的最高控制脈沖頻率。最大運(yùn)行頻率決定了系統(tǒng)的最大速度。工作臺移動速度：第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.2.1.3步進(jìn)電機(jī)的選型分辨率脈沖當(dāng)量步距角最大速度最大運(yùn)行頻率最大加速度空載啟動（突跳）頻率額定轉(zhuǎn)距最大靜轉(zhuǎn)矩

（5~10倍額定轉(zhuǎn)矩）第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.2.1.4反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的特點步距角小，運(yùn)行頻率高，控制方便；勵磁電流大，要求驅(qū)動電源的功率大，從而效率較低；電機(jī)的內(nèi)部阻尼小，單步運(yùn)行振蕩時間長；斷電后無定位轉(zhuǎn)矩。第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.2.2永磁式步進(jìn)電機(jī)永磁式（PermanentMagnet）步進(jìn)電機(jī)，簡稱為PM步進(jìn)電機(jī)，其定子或轉(zhuǎn)子的某一方為永久磁鋼。其典型的特點為：步距角大；要求驅(qū)動電源的功率小，從而效率較高；電機(jī)的內(nèi)部阻尼大，單步運(yùn)行振蕩時間短；斷電后有定位轉(zhuǎn)矩。第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.3步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖分配方法硬件方法通用硬件電路專用硬件電路軟件方法移位寄存器法查表法第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.3.1硬件脈沖分配方法通用硬件電路采用硬件方法進(jìn)行脈沖分配，控制軟件一側(cè)只需要輸出一路脈沖信號和一路方向控制信號，步進(jìn)電機(jī)繞阻的供電時序由硬件電路生成。例如三相六拍第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三ABC100110010011001101正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)X——方向，1—正轉(zhuǎn)，0—反轉(zhuǎn)第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三由以上真值表，可得邏輯表達(dá)式為使用通用IC即可以設(shè)計出如上脈沖分配電路。第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三專用硬件電路例如CH250、LCB052等。第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.3.2軟件脈沖分配方法最常用的軟件脈沖分配方法有移位寄存器法和查表法。移位寄存器法100000000CFD7……D0CBA第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三正向：…

MOVCL,3

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NOTAL

…負(fù)向：…

MOVCL,3

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NOTAL

…第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三查表法000001010000010000000110000000100000001100000001CBA指針第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.4步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源5.4.1單電壓特點：線路簡單，但是電流上升不夠快，高頻時帶負(fù)載的能力低。第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三5.4.2高低電壓