數(shù)控技術(shù)第四章開環(huán)伺服系統(tǒng)

數(shù)控技術(shù)第四章開環(huán)伺服系統(tǒng)第1頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月提要本章介紹進(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(dòng)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2頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月目標(biāo)掌握伺服系統(tǒng)的功能、分類及其特點(diǎn)：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(dòng)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3頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月建議本章內(nèi)容既有理論分析，又有實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)還涉及設(shè)計(jì)計(jì)算方法。學(xué)習(xí)中，應(yīng)特別注意各種伺服驅(qū)動(dòng)元件的調(diào)速方法和調(diào)速原理，了解各種驅(qū)動(dòng)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4頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(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(dòng)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5頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述

指令信息動(dòng)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(dòng)放大

工作臺

返回一.構(gòu)成下一頁上一頁第6頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月二.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(dòng)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(dòng)

誤差無累積

位置精度高

返回下一頁上一頁第7頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月開環(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8頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月三.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9頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(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(dòng)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(shí)的平穩(wěn)性；(2)負(fù)載特性硬，即使在低速時(shí)也應(yīng)有足夠的負(fù)載能力；(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快；(4)高的位移精度；(5)能夠頻繁地啟動(dòng)；下一頁上一頁第10頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月伺服系統(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11頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月伺服系統(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12頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)開環(huán)伺服系統(tǒng)

一、組成

伺服驅(qū)動(dòng)單元、執(zhí)行元件、傳動(dòng)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(dòng)放大

工作臺

返回下一頁上一頁第13頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(lì)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14頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(gè)齒1)定子五個(gè)極齒第15頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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16頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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17頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第18頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第19頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第20頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第21頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第22頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第23頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第24頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第25頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第26頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3.步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖

第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第27頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)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(shí)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(shí)，轉(zhuǎn)子順時(shí)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28頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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29頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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30頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(dòng)矩頻特性

運(yùn)行矩頻特性

啟動(dòng)頻率（fst）

步距角（θ）及步距誤差

下一頁上一頁第31頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月1)步距角（θ）及步距誤差

步距角是兩個(gè)相臨脈沖時(shí)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(dòng)機(jī)單相通電時(shí),步距誤差取決于定子和轉(zhuǎn)子的分齒精度,和各相定子錯(cuò)位角度的精度。多相通電時(shí),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32頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月2）最高啟動(dòng)頻率第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)5.主要控制特性空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并不失步的進(jìn)入穩(wěn)速運(yùn)行，所允許的啟動(dòng)頻率的最高值為最高啟動(dòng)頻率.啟動(dòng)頻率大于比值時(shí)步進(jìn)電機(jī)不能正常工作，最高啟動(dòng)頻率與步進(jìn)電機(jī)的慣性負(fù)載有關(guān).第33頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3）最高工作頻率步進(jìn)電機(jī)工作頻率連續(xù)上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)不失步運(yùn)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(dòng)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(yùn)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34頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)5.主要控制特性4）矩頻特性第35頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(dòng)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(dòng)慣量

Jm

為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

④電機(jī)運(yùn)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36頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jì)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(shí)，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(dòng)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37頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)

②

計(jì)算慣量

下一頁上一頁2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟設(shè)傳動(dòng)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(dòng)慣量

Jleq——換算到電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量第38頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟②計(jì)算慣量

nm

——步進(jìn)電機(jī)速度

r/minni

——第i個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)速r/minJi

——第i個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

kg.m2Vj

——第j個(gè)移動(dòng)部件的移動(dòng)速度

m/minMj——第j個(gè)移動(dòng)部件的質(zhì)量kg第39頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月②計(jì)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(dòng)速度m/min

t——絲桿導(dǎo)程m第40頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月②計(jì)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(dòng)慣量kg.m2

Jz2——齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.m2

Js

——絲桿2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.m2

Mw

——工作臺的質(zhì)量kg第41頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月②計(jì)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(dòng)慣量（J）可按圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)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42頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月②計(jì)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43頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月③

計(jì)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(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩M

M=Mamax+Mf式中:

Mamax——快速空載啟動(dòng)時(shí)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44頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月③

計(jì)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(dòng)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(shí)間

s第45頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月③

計(jì)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(dòng)時(shí)ω0=0，T為升速時(shí)間常數(shù)，則ωt為升速T秒后電機(jī)的角速度此時(shí)的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩主要是T作臺移動(dòng)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46頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月③

計(jì)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(dòng)速度

m/min第47頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月③

計(jì)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(shí)所需轉(zhuǎn)矩M為了安全，此時(shí)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(shí)所需轉(zhuǎn)矩M為：式中Mat為切削時(shí)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48頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月③

計(jì)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(yùn)動(dòng)方向相反的最大切削力為,垂直于等軌的切削分力為。

則：第49頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)④

計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)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(shí)的最低速度Vmin電機(jī)最小運(yùn)行頻率fmin

工作臺工作進(jìn)給時(shí)的最高速度VF電機(jī)最大運(yùn)行頻率fF

伺服系統(tǒng)在fmin–

fF范圍內(nèi)可用軟件實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速

步進(jìn)電機(jī)運(yùn)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50頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月確定步進(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(dòng)和最大切削力時(shí)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(dòng)矩頻特性定否能滿足要求

查電機(jī)啟動(dòng)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(dòng)力矩Mq。若Mq

大于計(jì)算出的快速空載啟動(dòng)所需力矩，則說明所選步進(jìn)電機(jī)能滿足快速空載啟動(dòng)時(shí)所需啟動(dòng)力矩要求。下一頁上一頁2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第51頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月ⅱ)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)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(yùn)行矩頻特性曲線，得到對應(yīng)于正常工作進(jìn)給最大運(yùn)行頻率fF電機(jī)所能提供的力矩M。若M大于計(jì)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(shí)所需力矩要求。

下一頁上一頁2)步進(jìn)電機(jī)選擇步驟第52頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3)步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)例：一個(gè)工作臺驅(qū)動(dòng)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(shí)間0.25s，求轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩。第53頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3)步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)例：一個(gè)工作臺驅(qū)動(dòng)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(shí)間0.25s，求轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩。第54頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月3)步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)例：一個(gè)工作臺驅(qū)動(dòng)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(shí)間0.25s，求轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩。計(jì)算轉(zhuǎn)矩：第55頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月三.步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)電路第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)下一頁上一頁第56頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月三.步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)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(shí)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57頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月三.步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)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58頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)1．對驅(qū)動(dòng)電源的要求

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)規(guī)律上升或下降,從而使整個(gè)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(dòng)電源使電機(jī)繞組電流盡量接近矩形波。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)。

下一頁上一頁第59頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)上升時(shí)電流時(shí)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(shí)電流時(shí)間常數(shù)Td=L/RDRD——放大回路電阻

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

下一頁上一頁第60頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(gè)電阻Ro此時(shí)，Ti

=L/(r+R0

)

特點(diǎn)：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61頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)，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(diǎn)：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62頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月返回下一頁上一頁2．單電壓型驅(qū)動(dòng)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(shí)電流由

ELtRoT1

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

第63頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)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(dòng)電源第64頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)而T2在高壓控制電路下導(dǎo)通時(shí)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(shí)低壓EL無效。3．高低壓雙壓型驅(qū)動(dòng)電源輸入脈沖信號為“0”時(shí)，

T1、T2均截止，IL=0輸入信號為“1”時(shí)，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65頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(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(lì)磁電流前沿電流Ip=[EH/(r+R0)](1-e-t/Ti)

由此計(jì)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(dòng)電源EHEL下一頁上一頁第66頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(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(shí)，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67頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)，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(shí)，再次斷開高壓源。下一頁上一頁第68頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月返回下一頁上一頁第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第69頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月5．細(xì)分驅(qū)動(dòng)電源第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)若勵(lì)磁電流以方波達(dá)到額定值，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角；而若勵(lì)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(gè)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(lì)磁電流以若干個(gè)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70頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月下一頁上一頁第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)第71頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)返回下一頁上一頁第72頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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73頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章進(jìn)給伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器下一頁上一頁返回第74頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月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(dòng)器返回第75頁，課件共81頁，創(chuàng)作于2023年2月步