伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)-課件

01.07.20231伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)6.1概述6.1.1伺服系統(tǒng)的概念伺服系統(tǒng)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)。數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動(dòng)系統(tǒng),簡(jiǎn)稱為伺服系統(tǒng)。常見(jiàn)的伺服系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)之分，直流與交流伺服系統(tǒng)之分，進(jìn)給伺服與主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之分，電液伺服與電氣伺服系統(tǒng)之分。伺服系統(tǒng)是一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它接受來(lái)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)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。01.07.20232伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（1）進(jìn)給驅(qū)動(dòng)控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是一種精密的位置跟蹤與定位系統(tǒng)，它包括速度控制，也是一般概念的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（2）主軸驅(qū)動(dòng)控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和切削過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩和功率，一般以速度控制為主。對(duì)C坐標(biāo)功能的主軸驅(qū)動(dòng)也需要位置控制。（3）輔助驅(qū)動(dòng)在各類加工中心或多功能數(shù)控機(jī)床中，控制刀庫(kù)、料庫(kù)等輔助系統(tǒng)，多采用簡(jiǎn)易的位置控制。01.07.20233伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成：伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制轉(zhuǎn)換電路電子電力驅(qū)動(dòng)放大模塊位置調(diào)節(jié)單元速度調(diào)節(jié)單元電流調(diào)節(jié)單元檢測(cè)裝置一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。01.07.20234伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位置調(diào)解速度調(diào)解電流調(diào)解轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)電流反饋速度反饋位置反饋MG位置、速度和電流環(huán)均由調(diào)節(jié)控制模塊、檢測(cè)和反饋部分組成。電力電子驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路和功率放大器組成。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。01.07.20235(1)精度高

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。包括定位精度和輪廓加工精度。(2)穩(wěn)定性好

穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過(guò)程后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。直接影響數(shù)控加工的精度和表面粗糙度。(3)快速響應(yīng)快速響應(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)的跟蹤精度。(4)調(diào)速范圍寬

調(diào)速范圍是指生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。0~30m/min。(5)低速大轉(zhuǎn)矩

進(jìn)給坐標(biāo)的伺服控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制，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)的伺服控制在低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩控制，能提供較大轉(zhuǎn)矩。在高速時(shí)為恒功率控制，具有足夠大的輸出功率。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.20236伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)是伺服系統(tǒng)的重要驅(qū)動(dòng)元件。為滿足上述要求，對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的要求應(yīng)該是：①?gòu)淖畹退俚阶罡咚匐姍C(jī)都要平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)距波動(dòng)要小，尤其是在低速如0.1r/min或更低轉(zhuǎn)速時(shí)，仍有穩(wěn)定的速度而無(wú)爬行現(xiàn)象。②電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機(jī)要求在數(shù)分鐘內(nèi)過(guò)載4-6倍而不損壞。③為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機(jī)應(yīng)該有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并且有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。電機(jī)應(yīng)具有耐受4000rad/s2以上角加速度的能力，才能保證電機(jī)在0.2s以內(nèi)從靜止到額定轉(zhuǎn)速。④電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.20237伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)位置伺服系統(tǒng)也叫步進(jìn)式伺服系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)元件為步進(jìn)電機(jī)。功率步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，控制最容易，維修最方便，控制為全數(shù)字化，這完全符合數(shù)字化控制技術(shù)的要求，控制系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路結(jié)為一體。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率驅(qū)動(dòng)電路之外，其它硬件電路均可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。而步進(jìn)電機(jī)的功耗太多，速度也不高。目前的步進(jìn)電機(jī)在脈沖當(dāng)量為1微米時(shí)，最高移動(dòng)僅僅為2m/min，且功率越大，移動(dòng)速度越低，故主要用于速度與精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及舊設(shè)備改造中。01.07.20238伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械角位移或直線位移的控制電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或電脈沖馬達(dá)。其角位移量與電脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。最大缺點(diǎn)是容易失步，特別是在大負(fù)載和速度較高的情況下，失步更容易發(fā)生。但是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的恒流斬波驅(qū)動(dòng)、PWM驅(qū)動(dòng)、微步驅(qū)動(dòng)、超微步驅(qū)動(dòng)及其他們的綜合運(yùn)用，使得步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力有很大提高主要用于數(shù)控機(jī)床的開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。01.07.20239伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式分：有旋轉(zhuǎn)式、直線運(yùn)動(dòng)式、平面運(yùn)動(dòng)式和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)式。按工作原理分：有反應(yīng)式（磁阻式）、電磁式、永磁式、永磁感應(yīng)式（混合式）。按使用場(chǎng)合分：有功率步進(jìn)電機(jī)和控制步進(jìn)電機(jī)。按電機(jī)結(jié)構(gòu)分：有單段式（徑向式）、多段式（軸向式）、印刷繞組式。按工作相數(shù)分：有三相、四相、五相等。按使用頻率分：有高頻步進(jìn)電機(jī)和低頻步進(jìn)電機(jī)。數(shù)控機(jī)床中使用較多的是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)01.07.20231001.07.202311伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī)，每接受一個(gè)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，稱為步距角。脈沖數(shù)目：位移大?。幻}沖頻率：速度大?。煌婍樞颍悍较蚩刂?。步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)：（單段式三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)）：工作原理：電磁吸合

轉(zhuǎn)子：開(kāi)槽形成齒定子：有磁極以三相單三拍為例說(shuō)明工作原理：第一拍：A相勵(lì)磁繞組通電，B、C勵(lì)磁繞組斷電。A相定子繞組的磁力線為保持磁阻最小，給轉(zhuǎn)子施加力矩，使相鄰轉(zhuǎn)子齒與之對(duì)齊。第二拍：B相勵(lì)磁繞組通電，C、A勵(lì)磁繞組斷電。第三拍：C相勵(lì)磁繞組通電，A、B勵(lì)磁繞組斷電。如通電順序：A、B、C逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；如通電順序相反，則順時(shí)針旋轉(zhuǎn)通電順序也可以A-AB-B-BC-C-CA01.07.202312伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.202313伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.202314伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)同一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，因通電方式的不同，運(yùn)行時(shí)的步距角也是不同的，采用單、雙拍通電方式時(shí)，步距角要比單拍通電方式減小一半。實(shí)際使用中，單三拍通電方式由于在切換時(shí)一相繞組斷電，而另一相繞組開(kāi)始通電容易造成失步。此外，由單一繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，也容易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生振蕩，運(yùn)行的穩(wěn)定性差，所以很少采用。通常將它改成“雙三拍通電方式”。上述這種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角較大，如在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用就會(huì)影響到加工工件的精度。實(shí)際中采用的是小步距角的步進(jìn)電機(jī)。01.07.202315伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（1）步距角和靜態(tài)步距角（誤差）步距角計(jì)算公式：式中：m—定子磁極項(xiàng)數(shù)

z—轉(zhuǎn)子齒數(shù)

k—通電方式相鄰兩次通電項(xiàng)數(shù)相同取k=1；否則k=2。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)空載且以單脈沖輸入時(shí)，其實(shí)際步距角與理論步距角之差稱為靜態(tài)步距角誤差，它隨步進(jìn)電機(jī)制造精度而變化。一般在10′-30′的范圍內(nèi)。01.07.202316伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖所示為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的展開(kāi)圖。其中定子有6個(gè)極，轉(zhuǎn)子有40個(gè)齒。當(dāng)A極下的定、轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)，B極和C極下的齒就分別和轉(zhuǎn)子齒相錯(cuò)三分之一的轉(zhuǎn)子齒距。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr，基本上由步距角的要求所決定。但是為了能實(shí)現(xiàn)上述“自動(dòng)錯(cuò)位”，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)就必須滿足一定條件，而不能為任意數(shù)值。當(dāng)定子的相鄰極屬于不同的相時(shí)，在某一極下若定子和轉(zhuǎn)子的齒對(duì)齊時(shí)，則要求在相鄰極下的定子和轉(zhuǎn)子之間應(yīng)錯(cuò)開(kāi)轉(zhuǎn)子齒距的1/m。01.07.202317伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)步進(jìn)電機(jī)不改變通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子處于不動(dòng)狀態(tài)，如果在電機(jī)軸上外加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按一定的方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度θ，此時(shí)轉(zhuǎn)子所受的電磁轉(zhuǎn)矩，稱為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，角度θ稱為失調(diào)角。描述靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與θ的關(guān)系叫作步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)矩角特性。01.07.202318伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各項(xiàng)的矩角特性差異不應(yīng)該太大，否則會(huì)影響步距精度及引起低頻振蕩?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整相電流的方法，使電動(dòng)機(jī)矩角特性大致相同。兩個(gè)齒中心線之間的距離叫齒距，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，矩角特性就變化一個(gè)周期，相當(dāng)于2π電角度。01.07.202319伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在定子、轉(zhuǎn)子齒槽對(duì)準(zhǔn)時(shí)，定、轉(zhuǎn)子槽中心線重合，失調(diào)角為θ=0°，電磁轉(zhuǎn)矩T=0。若轉(zhuǎn)子齒的中心線對(duì)準(zhǔn)定子槽中心線，失調(diào)角θ=±π，這時(shí)相鄰兩定子齒對(duì)這轉(zhuǎn)子齒有同樣的拉力，但方向相反，故電磁轉(zhuǎn)矩T=0。在失調(diào)角θ=±π/2（即1/4齒距處），轉(zhuǎn)矩最大，轉(zhuǎn)矩方向是使轉(zhuǎn)子位置趨向失調(diào)角為零。當(dāng)失調(diào)角小于-π或大雨+π時(shí)，該轉(zhuǎn)子齒已進(jìn)入了另一個(gè)定子齒的拉力范圍，轉(zhuǎn)矩方向趨于使轉(zhuǎn)子齒與下一個(gè)齒對(duì)齊。當(dāng)θ=±2π，轉(zhuǎn)子齒與另一個(gè)定子齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)矩又為零。01.07.202320伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如上所述，在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子有一定的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。如果步進(jìn)電機(jī)空載，則穩(wěn)定在平衡點(diǎn)為θ=0，而θ=±π處為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。穩(wěn)定平衡點(diǎn)只有一個(gè)。在靜態(tài)情況下，如受外負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子偏離它的平衡點(diǎn)，但沒(méi)有超過(guò)相鄰的不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，則當(dāng)外轉(zhuǎn)矩除去后，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，仍能回到原來(lái)的平衡點(diǎn)。01.07.202321伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)矩角特性曲線上電磁轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。它與通電狀態(tài)及繞組內(nèi)電流值有關(guān)。在一定的通電狀態(tài)下，最大靜轉(zhuǎn)矩與繞組內(nèi)電流的關(guān)系，稱為最大靜轉(zhuǎn)矩特性。當(dāng)控制電流很小時(shí)，最大靜轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比地增大，當(dāng)電流稍大時(shí)，受磁路飽和的影響，最大轉(zhuǎn)矩Tmax上升變緩，電流很大時(shí)曲線趨向飽和。01.07.202322伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)下圖為三相步進(jìn)電機(jī)的矩角特性曲線，則A相和B相的矩角特性交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。它表示步進(jìn)電機(jī)單相激勵(lì)時(shí)所能帶動(dòng)的極限負(fù)載轉(zhuǎn)矩。01.07.202323伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的工作頻率是指電動(dòng)機(jī)按指令的要求進(jìn)行正常工作的最大脈沖頻率。所謂正常工作就是指步進(jìn)電機(jī)不失步地工作，即一個(gè)脈沖移動(dòng)一個(gè)步距角。所謂失步的內(nèi)容包括：丟步和越步。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作頻率，通常分為啟動(dòng)頻率、制動(dòng)頻率及連續(xù)工作頻率。對(duì)于同樣負(fù)載轉(zhuǎn)矩來(lái)說(shuō)，正、反向起動(dòng)頻率和制動(dòng)頻率都是一樣的，而連續(xù)工作頻率要高得多。一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)中只給出起動(dòng)頻率和連續(xù)工作頻率。01.07.202324①起動(dòng)頻率空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動(dòng)，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行的最高頻率，稱為空載起動(dòng)頻率。加給步進(jìn)電機(jī)的指令脈沖頻率如果大于起動(dòng)頻率，就不能正常工作。步進(jìn)電機(jī)加負(fù)載時(shí)啟動(dòng)頻率比空載要低。而且隨著負(fù)載加大，起動(dòng)頻率會(huì)進(jìn)一步降低。起動(dòng)頻率的大小由許多因素決定，繞組時(shí)間常數(shù)越小，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小、步距角越小，則起動(dòng)頻率越高。01.07.202325伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)②連續(xù)運(yùn)行頻率步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，其運(yùn)行速度能跟蹤指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高頻率，稱為連續(xù)運(yùn)行頻率。其值遠(yuǎn)大于起動(dòng)頻率，它也隨著電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載得性質(zhì)和大小而異，與驅(qū)動(dòng)電源也有很大關(guān)系。連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)特性__矩頻特性描述連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系運(yùn)行矩頻特性是描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與連續(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)轉(zhuǎn)時(shí)承載能力的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。下頁(yè)圖中每一頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。從圖中可以看出，隨著運(yùn)行頻率的上升，輸出轉(zhuǎn)矩下降，承載能力下降。當(dāng)運(yùn)行頻率超過(guò)最高頻率是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)便無(wú)法工作。01.07.20232601.07.202327伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)因步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制繞組中存在電感，相應(yīng)地有一定的電氣時(shí)間常數(shù)，所以控制繞組中電流增長(zhǎng)也有一個(gè)過(guò)程。當(dāng)脈沖頻率很高時(shí)控制繞組中的電流不能達(dá)到穩(wěn)定值,故電動(dòng)機(jī)的最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩小于最大靜轉(zhuǎn)矩。而且脈沖頻率越高，最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩也就越小，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)于某一頻率，只有當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于它在該頻率的最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)才能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。01.07.20232801.07.202329伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.202330伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.20233101.07.20233201.07.20233301.07.20233401.07.20233501.07.202336伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)的工作原理知道，要使步進(jìn)電機(jī)正常一步一步地運(yùn)行，控制脈沖必須按一定的順序分別供給電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)脈沖分配。實(shí)現(xiàn)脈沖分配可以采用如下兩種形式：一種是硬件脈沖分配（或稱脈沖分配器），另一種是軟件脈沖分配器，是由計(jì)算機(jī)的軟件完成的。①硬件環(huán)行分配器目前已經(jīng)有很多可靠性高、尺寸小、使用方便的集成電路脈沖分配器。TTL脈沖分配器：YB013、YB014、YB015、YB016，均為18個(gè)管角的直插式封裝。CMOS型：如CH250為16個(gè)管角的直插式封裝01.07.202337伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.202338伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.20233901.07.202340伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.202341伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.202342伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.202343伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.202344伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三種驅(qū)動(dòng)電路電流波形比較01.07.202345伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單電壓驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是電流上升不夠快，高頻時(shí)帶負(fù)載能力低。高低壓驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)是在較寬的頻率范圍有較大的平均電流，能產(chǎn)生較大且穩(wěn)定的平均轉(zhuǎn)矩，其缺點(diǎn)是電流波頂有谷點(diǎn)。斬波驅(qū)動(dòng)電路雖然復(fù)雜，但它的優(yōu)點(diǎn)比較突出：（1）繞組的脈沖電流邊沿陡，快速響應(yīng)好。（2）功率小，效率高。因?yàn)殡娐窡o(wú)外接電阻Rc，而采樣電阻Re又很?。ㄒ话?.2Ω左右），所以整個(gè)系統(tǒng)的功耗下降很多，相應(yīng)地提高了效率。（3）輸出轉(zhuǎn)矩恒定。由于采樣電阻Re的反饋?zhàn)饔茫估@組中電流可以恒定在額定電流數(shù)值左右，而且不隨步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化，從而保證在很大的頻率范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)都能輸出恒定的轉(zhuǎn)矩。01.07.202346伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電源電壓一定時(shí)，步進(jìn)電機(jī)繞組電流的上沖值是隨工作頻率的升高而降低的，使輸出轉(zhuǎn)矩隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而下降。要保證步進(jìn)時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩就需要提高供電電壓。從上述的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)看，為了提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的快速響應(yīng)，采用提高供電電壓、加快電流上升的措施。但在低頻工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的振蕩加劇，甚至失步。從原理上講，為了減小低頻振蕩，應(yīng)使低速時(shí)繞組中的電流上升沿較平緩，這樣才能使轉(zhuǎn)子在到達(dá)新的穩(wěn)定平衡位置時(shí)不產(chǎn)生過(guò)沖。而在高速使則用使電流前沿陡，以產(chǎn)生足夠的繞組電流，才能提高步進(jìn)電機(jī)的帶負(fù)載能力。這就要求驅(qū)動(dòng)電源對(duì)繞組提供的電壓與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率建立直接關(guān)系，即低頻時(shí)用較低的電壓供電，高頻時(shí)用較高電壓供電。電壓隨頻率可以由不同的方法實(shí)現(xiàn)，如分頻來(lái)調(diào)壓、隨電壓頻率線性地變化等。01.07.202347伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在前述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理中，講到步距角由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的齒距角及繞組相數(shù)等電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)所決定。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分辨率，要求對(duì)步距角進(jìn)一步細(xì)分。在不改變步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下，為了達(dá)到這一目的，將額定電流以階梯波的方式輸入。此時(shí)電流分成多個(gè)臺(tái)階，則轉(zhuǎn)子就以同樣的步數(shù)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的固定步距角。這樣將一個(gè)步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動(dòng)方法稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)。獲得階梯電流一般有兩種方法：一是先產(chǎn)生時(shí)序脈沖，放大后在電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)疊加，電樞繞組是它們的公共負(fù)載；二是先在加法器內(nèi)將時(shí)序脈沖疊加成階梯電壓，后進(jìn)行放大，在電樞內(nèi)獲得階梯電流波形。細(xì)分驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是使步距角減小、運(yùn)行平穩(wěn)，提高勻速性，并能減弱或消除振蕩。01.07.202348伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量、機(jī)械傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以及控制電路的完善與否，減小步距角，采用精密傳動(dòng)副，減小傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)間隙等。但這些因素往往由于結(jié)構(gòu)和工藝的關(guān)系而受到一定的限制。為此，需要從控制方法上采取一些措施，彌補(bǔ)其不足。1.細(xì)分線路所謂細(xì)分線路，是把步進(jìn)電機(jī)的一步再分得細(xì)一些。如十細(xì)分線路，將原來(lái)輸入一個(gè)進(jìn)給脈沖步進(jìn)電機(jī)走一步變?yōu)檩斎?0個(gè)脈沖才走一步。換句話說(shuō)，采用十細(xì)分線路后，在進(jìn)給速度不變的情況下，可使脈沖當(dāng)量縮小到原來(lái)的1／10。01.07.202349伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)若無(wú)細(xì)分，定子繞組的電流是由零躍升到額定值的，相應(yīng)的角位移如圖(a)所示。采用細(xì)分后，定子繞組的電流要經(jīng)過(guò)若干小步的變化，才能達(dá)到額定值，相應(yīng)的角位移如圖(b)所示。01.07.202350伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

2.齒隙補(bǔ)償齒隙補(bǔ)償又稱反向間隙補(bǔ)償。機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變轉(zhuǎn)向時(shí)，由于齒隙的存在，會(huì)引起步進(jìn)電機(jī)的空走，而無(wú)工作臺(tái)的實(shí)際移動(dòng)。在開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中，這種齒隙誤差對(duì)于機(jī)床加工精度具有很大的影響，必須加以補(bǔ)償。齒隙補(bǔ)償?shù)脑硎牵合葴y(cè)出齒隙的大小，在加工過(guò)程中，每當(dāng)檢測(cè)到工作臺(tái)的進(jìn)給方向改變時(shí)，在改變后的方向增加進(jìn)給脈沖指令，用以克服因步進(jìn)電機(jī)的空走而造成的齒隙誤差。01.07.202351伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

3.螺距誤差補(bǔ)償在步進(jìn)式開(kāi)環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，絲杠的螺距積累誤差直接影響著工作臺(tái)的位移精度，若想提高開(kāi)環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度，就必須予以補(bǔ)償。補(bǔ)償原理:通過(guò)對(duì)絲杠的螺距進(jìn)行實(shí)測(cè)，得到絲杠全程的誤差分布曲線。誤差有正有負(fù)，當(dāng)誤差為正時(shí)，表明實(shí)際的移動(dòng)距離大于理論的移動(dòng)距離，應(yīng)該采用扣除進(jìn)給脈沖指令的方式進(jìn)行誤差的補(bǔ)償，使步進(jìn)電機(jī)少走一步；當(dāng)誤差為負(fù)時(shí)，表明實(shí)際的移動(dòng)距離小于理論的移動(dòng)距離，應(yīng)該采取增加進(jìn)給脈沖指令的方式進(jìn)行誤差的補(bǔ)償，使步進(jìn)電機(jī)多走一步。01.07.202352伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具體的做法是：(1)安置兩個(gè)補(bǔ)償桿分別負(fù)責(zé)正誤差和負(fù)誤差的補(bǔ)償；

(2)在兩個(gè)補(bǔ)償桿上，根據(jù)絲杠全程的誤差分布情況及如上所述螺距誤差的補(bǔ)償原理，設(shè)補(bǔ)償開(kāi)關(guān)或擋塊；

(3)當(dāng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，安裝在機(jī)床上的微動(dòng)開(kāi)關(guān)每與擋塊接觸一次，就發(fā)出一個(gè)誤差補(bǔ)償信號(hào)，對(duì)螺距誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以消除螺距的積累誤差。01.07.20235301.07.202354伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)01.07.202355伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)6.3.1直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理直流伺服電動(dòng)機(jī)的種類很多，但在機(jī)床系統(tǒng)中，目前使用最多的是永磁式的直流寬調(diào)速電動(dòng)機(jī)。01.07.202356伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與普通他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理相同。只不過(guò)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的定子磁動(dòng)勢(shì)由勵(lì)磁電流if產(chǎn)生，而永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的定子磁動(dòng)勢(shì)由永磁體產(chǎn)生。圖所示為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)原理圖。01.07.202357伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：改變電樞電壓、勵(lì)磁電流或電樞回路電阻即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)速方法：改變電樞供電電壓；改變勵(lì)磁磁通；改變電樞回路電阻調(diào)速。01.07.202358伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)永磁式寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)磁通是恒定的，只能按電壓控制方式調(diào)速，目前有兩種驅(qū)動(dòng)方式，一種是晶閘管驅(qū)動(dòng)(SCR)方式，另一種是晶體管脈寬調(diào)制方式（PWM）.所謂脈寬