第6章開環(huán)伺服系統(tǒng).ppt

1、第6章 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)6.1 概述,一、伺服系統(tǒng)的組成 數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。 主軸伺服系統(tǒng)用于控制機床主軸的轉(zhuǎn)動。 進給伺服系統(tǒng)是以機床移動部件（如工作臺）的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動裝置、伺服電機、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件組成。 進給伺服系統(tǒng)的作用：接受數(shù)控裝置發(fā)出的進給速度和位移指令信號，由伺服驅(qū)動裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機（直流、交流伺服電機、功率步進電機等）和機械傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床的工作臺等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給或快速運動。 數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)能根據(jù)指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運動速度與位置，以及幾個執(zhí)行部

2、件按一定規(guī)律運動所合成的運動軌跡。 如果把數(shù)控裝置比作數(shù)控機床的“大腦”，是發(fā)布“命令”的指揮機構(gòu)，那么伺服系統(tǒng)就是數(shù)控機床的“四肢”，是執(zhí)行“命令”的機構(gòu)，它是一個不折不扣的跟隨者。,圖6-1 閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu),數(shù)控機床閉環(huán)進給系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖，這是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度環(huán)由速度控制單元、速度檢測裝置等構(gòu)成。速度控制單元是一個獨立的單元部件，它是用來控制電機轉(zhuǎn)速的，是速度控制系統(tǒng)的核心。速度檢測裝置有測速發(fā)電機、脈沖編碼器等。位置環(huán)是由CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等部分組成。,由速度檢測裝置提供速度反饋值的速度環(huán)控制在進給驅(qū)動裝

3、置內(nèi)完成，而裝在電動機軸上或機床工作臺上的位置反饋裝置提供位置反饋值構(gòu)成的位置環(huán)由數(shù)控裝置來完成。伺服系統(tǒng)從外部來看，是一個以位置指令輸入和位置控制為輸出的位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。但從內(nèi)部的實際工作來看，它是先把位置控制指令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度信號后，通過調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動伺服電機，才實現(xiàn)實際位移的。,二、對伺服系統(tǒng)的基本要求,伺服驅(qū)動系統(tǒng)的選用 1）精度要求：定位精度、重復(fù)定位精度、加工精度 2）穩(wěn)定性：達到平衡狀態(tài)的能力 3）響應(yīng)速度：跟蹤指令信號的速度 4）調(diào)速范圍：最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比Rn=nmax/nmin 5）低速轉(zhuǎn)距特性:低速時轉(zhuǎn)距輸出能力 關(guān)于定位精度和重復(fù)定位精度 定位精度：移動件到達指令

4、位置的準(zhǔn)確度 重復(fù)定位精度：移動件在任意定位點的定位一致性,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、傳動機構(gòu),二、步進電機,將電脈沖轉(zhuǎn)變成機械角位移的裝置,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),返回,下一頁,上一頁,1.分類,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),按輸出轉(zhuǎn)矩分： 伺服步進電機、功率 步進電機。,按勵磁相數(shù)分： 三相、六相、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,2.步進電機的結(jié)構(gòu),第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),步進電機由轉(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，

5、每極上五個齒,1) 定子,五個極齒,2.步進電機的結(jié)構(gòu),第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),定子上線圈的繞法,下一頁,上一頁,返回,2.步進電機的結(jié)構(gòu),2) 轉(zhuǎn)子,第六章 伺服驅(qū)動系統(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電機的原理,下一頁,上一頁,返回,3. 步進電機的實物圖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),3. 步進電機的實物圖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),3. 步進電機的實物圖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),3. 步進電機的實物圖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),3. 步進電機的實物圖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),3. 步進電機的實物圖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),3. 步進電機的實

6、物圖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),3. 步進電機的實物圖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),3. 步進電機的實物圖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),3. 步進電機的實物圖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),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。,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),4.工作原理,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),三拍通電激磁，步距角= = 3o,一般 = 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

7、激磁，步距角 = = 1.5o,下一頁,上一頁,返回,4.工作原理,第六章 伺服驅(qū)動系統(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,通斷電方式,下一頁,上一頁,5.主要控制特性,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),下一頁,上一頁,1) 步距角（）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。,第六章 伺服驅(qū)動系統(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. 步進電動機單相通電時,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

8、能有關(guān)。,返回,下一頁,上一頁,2）靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與矩角特性 當(dāng)步進電機上某相定子繞組通電之后，轉(zhuǎn)子齒將力求與定子齒對齊，使磁路中的磁阻最小，轉(zhuǎn)子處在平衡位置不動（0）。如果在電機軸上外加一個負載轉(zhuǎn)矩Mz，轉(zhuǎn)子會偏離平衡位置向負載轉(zhuǎn)矩方向轉(zhuǎn)過一個角度，角度稱為失調(diào)角。有失調(diào)角之后，步進電機就產(chǎn)生一個靜態(tài)轉(zhuǎn)矩（也稱為電磁轉(zhuǎn)矩），這時靜態(tài)轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系叫矩角特性，如圖6-6所示，近似為正弦曲線。該矩角特性上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。在靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，當(dāng)外加負載轉(zhuǎn)矩除去時，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩作用下，仍能回到穩(wěn)定平衡點位置（0）。,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),圖6-6 靜態(tài)矩角特性,3）

9、最大啟動轉(zhuǎn)矩Mq 圖6-7為三相單三拍矩角特性曲線，圖中的A、B分別是相鄰A相和B相的靜態(tài)矩角特性曲線，它們的交點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩是步進電機的最大啟動轉(zhuǎn)矩Mq 。如果外加負載轉(zhuǎn)矩大于Mq ，電機就不能啟動。如圖6-7所示,當(dāng)A相通電時，若外加負載轉(zhuǎn)矩Ma Mq ，對應(yīng)的失調(diào)角為a ，當(dāng)勵磁電流由A相切換到B相時，對應(yīng)角b ，B相的靜轉(zhuǎn)矩為Mb。從圖中看出Mb Mq,電機不能帶動負載做步進運動，因而啟動轉(zhuǎn)矩是電機能帶動負載轉(zhuǎn)動的極限轉(zhuǎn)矩。,b,A B C,圖6-6 三相單三拍步進電機的啟動轉(zhuǎn)矩,Mb,Mq,Ma,M,a,4）最高啟動頻率,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),空載時，步進電機由靜止突然啟動，并不失步

10、的進入穩(wěn)速運行，所允許的啟動頻率的最高值為最高啟動頻率.,啟動時頻率大于最高啟動頻率時步進電機不能正常工作，最高啟動頻率與步進電機的慣性負載有關(guān).,5）最高工作頻率,步進電機工作頻率連續(xù)上升時，電動機不失步運行的最 高頻率稱為最高工作頻率。 它的值也和負載有關(guān)。很顯然，在同樣負載下，最高工 作頻率遠大于啟動頻率.,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),在連續(xù)運行狀態(tài)下，步進電機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.,6）矩頻特性,7)加減速特性,步進電機的加減速特性是描述步進電機由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關(guān)系.,當(dāng)要求步進電機啟

11、動到大于突跳頻率的工作頻率時，變化速度必須逐漸上升,同樣,當(dāng)要求步進電機從最高工作頻率或高于突跳頻率的工作頻率停止時，變化速度必須逐漸下降,逐漸上升或下降的加速時間、減速時間不能過小，否則會出現(xiàn)失步或超步,一般用加速時間常數(shù)Ta和減速時間常數(shù)Td來描述步進電機的升速和降速特性,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),步進電機卡開環(huán)伺服應(yīng)用實例,步進電機轉(zhuǎn)子有80個齒，采用三相六拍驅(qū)動方式，經(jīng)絲杠螺母傳動副驅(qū)動工作臺做直線運動，絲杠的導(dǎo)程為5mm，工作臺移動最大速度為6mm/s。求： (1)步進電機的步距角=？ (2)工作點的脈沖當(dāng)量？ (3)步進電機的最高工作頻率？,解：(1) (2) 絲杠導(dǎo)程步距角/360

12、=50.75/360=0.01(mm/脈沖) (3),6.步進電機的選擇,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),1)步進電機選擇原則：, 步矩角與機械系統(tǒng)相匹配，以得到系統(tǒng)所需的, 保證電機輸出轉(zhuǎn)矩，大于負載所需轉(zhuǎn)矩, 能與機械系統(tǒng)的負載慣量相匹配 為使電機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)等效負載轉(zhuǎn)動慣量 Jm 為電機轉(zhuǎn)動慣量, 電機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,2)步進電機選擇步驟,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng), 初定步進電機步距角，計算減速比，確定齒輪副 初選步進電機型號，根據(jù)其工作方式，初定步距角,

13、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)遠離電機， 以利于提高傳動系統(tǒng)的剛度和精度。,下一頁,上一頁,: 步進電機步距角, (o)/脈沖 t : 滾珠絲桿導(dǎo)程，mm : 脈沖當(dāng)量，mm/脈沖,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng), 計算慣量,下一頁,上一頁,2)步進電機選擇步驟,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 步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量,Jleq 換算到電機軸上的等效負載轉(zhuǎn)動慣量,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),2)步進電機選擇步驟, 計算慣量,nm 步進電機速度 r/min ni 第i個轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)速r/min,

14、Ji 第i個轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量 kg . m2,Vj 第j個移動部件的移動速度 m/min,Mj 第j個移動部件的質(zhì)量 kg, 計算慣量,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),2)步進電機選擇步驟,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, 計算慣量,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),2)步進電機選擇步驟,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, 計算慣量,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),2)步進電機選擇步驟,其中 ，齒輪、絲桿的轉(zhuǎn)動慣量（J）可按圓柱體轉(zhuǎn)動慣量計

15、算,Kg/cm3,式中 D 齒輪分度圓直徑或絲桿名義直徑 mm L 齒輪寬度或絲桿長度 mm 材料比重 kg/cm3, 計算慣量,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),2)步進電機選擇步驟,對下圖所示的二級齒輪減速系統(tǒng), 計算轉(zhuǎn)矩,系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)矩包括加速轉(zhuǎn)矩和等效負載轉(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 Nm,2)步進電機選擇步驟,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng), 計算轉(zhuǎn)矩,2)步進電機選擇步驟,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),由動力學(xué)知：, 計算轉(zhuǎn)矩,2)步進電機選擇步驟,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),對于空載啟動時0=0，T為

16、升速 時間常數(shù)，則t為升速 T秒后電機的角速度此時的等效負載轉(zhuǎn)矩主要是T作臺移 動的磨擦力引起的。,式中 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, 計算轉(zhuǎn)矩,2)步進電機選擇步驟,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),式中 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,Nm為電機轉(zhuǎn)速 r/min t 為絲桿導(dǎo)程 mm,Vw為工作臺的移動速度 m/min, 計算轉(zhuǎn)矩,2)步進電機選擇步驟,第六章 伺服驅(qū)動系統(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

17、Nm Mf為克服磨擦所需轉(zhuǎn)矩 Nm Mt為克服切削力所需轉(zhuǎn)矩 Nm, 計算轉(zhuǎn)矩,2)步進電機選擇步驟,第六章 伺服驅(qū)動系統(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：,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng), 計算步進電機運行頻率,工作臺快速空載速度Vmax 電機最高工作頻率fmax,工作臺工作進給時的最低速度Vmin 電機最小運行頻率fmin,工作臺工作進給時的最高速度VF 電機最大運行頻率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,f= V / 60,式中 , V 工作臺進給速度 mm/min,下一頁,上一頁,2)步進電機選擇步驟,確定步進電機型號,第六章 伺服驅(qū)

18、動系統(tǒng),根據(jù)步進電機最高工作頻率fmax和正常工作進給頻率fminfF， 以及快速空載啟動和最大切削力時所需轉(zhuǎn)矩，選擇步進電機 型號，主要從兩方面考慮:,) 步進電機啟動矩頻特性定否能滿足要求,查電機啟動矩頻特性曲線，得到對應(yīng)于最高工作頻率fmax， 電機能提供的啟動力矩Mq。 若Mq 大于計算出的快速空載啟動 所需力矩，則說明所選步進電機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)步進電機選擇步驟,) 步進電機運行矩頻特性是否能滿足要求,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),查電機運行矩頻特性曲線，得到對應(yīng)于正常工作進給最大運行頻率fF電機所能提供的力矩M。,若M大于計算出的最大切削力所需

19、轉(zhuǎn)矩，則說明所選電機 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)步進電機選擇步驟,3) 步進電機選擇實例,第六章 伺服驅(qū)動系統(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)換到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩。,3) 步進電機選擇實例,第六章 伺服驅(qū)動系統(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)換到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩。,3) 步進電機選擇實例,第六章 伺服驅(qū)動系統(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.

20、04，加速時間0.25s，求轉(zhuǎn)換到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩。,計算轉(zhuǎn)矩：,三.步進伺服驅(qū)動電路,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),下一頁,上一頁,步進電機驅(qū)動線路完成由弱電到強電的轉(zhuǎn)換和放大，也就是將邏輯電平信號變換成電機繞組所需的具有一定功率的電流脈沖信號。驅(qū)動控制電路由環(huán)形分配器和功率放大器組成。環(huán)形分配器是用于控制步進電機的通電方式的，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按照一定的順序和分配方式加到功率放大器上，控制各相繞組的通電、斷電。環(huán)形分配器功能可由硬件或軟件產(chǎn)生，硬件環(huán)形分配器是根據(jù)步進電機的相數(shù)和控制方式設(shè)計的，數(shù)控機床上常用三相、四相、五相及六相步進電機。,三.步進伺服驅(qū)動電路

21、,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),（一）脈沖分配,按一定的規(guī)律將進給脈沖分配給步進電機定子繞組的各相。,實現(xiàn)方法：,1. 硬件,集成脈沖分配器,TTL: B013, BY014 BY015, BY016,CMOS: CH250,下一頁,上一頁,如圖6-8所示，該線路由與非門和JK觸發(fā)器組成。指令脈沖加到三個觸發(fā)器的時鐘輸入端CP，旋轉(zhuǎn)方向由正、反控制端的狀態(tài)決定。QA, QB, QC為三個觸發(fā)器的Q端輸出，連到A、B、C三相功率放大器。若“1”表示通電，“0”表示斷電，對于三相六拍步進電機正向旋轉(zhuǎn)，正向控制端狀態(tài)置“1”，反向控制端狀態(tài)置“0”。初始時，在預(yù)置端加上預(yù)置脈沖，將三個觸發(fā)器置為100狀態(tài)，

22、 。當(dāng)在CP端送入一個脈沖時，環(huán)形分配器就由100狀態(tài)變?yōu)?10狀態(tài)，隨著指令脈沖的不斷到來，各相通電狀態(tài)不斷變化，按照100110010011001101即AABBBCCCA次序通電。步進電機反轉(zhuǎn)時，由反向控制信號“1”狀態(tài)控制（正向控制為“0”），通電次序為ACACCBBBAA。,三.步進伺服驅(qū)動電路,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),（一）脈沖分配,2. 軟件,移位法,查表法,返回,下一頁,上一頁,查表法軟件脈沖分配 在計算機控制的步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，通常采用軟件的方法實現(xiàn)環(huán)形脈沖分配。下圖所示是一個8031單片機與步進電動機驅(qū)動電路接口的框圖。P1口的三個引腳經(jīng)過光電隔離/功率放大后，分別與電動

23、機的A、B、C三相連接。當(dāng)采用三相六拍方式時，電動機正轉(zhuǎn)的通常順序為A-AB-B-BC-C-CA-A；電動機反轉(zhuǎn)的順序為A-AC-C-CB-B-BA-A。它們的環(huán)形分配如表6-4所示。設(shè)P1的某口為高電平時，相應(yīng)的電動機相通電。,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),把表中的數(shù)值按順序存入內(nèi)存的EPROM中，并分別設(shè)定表頭的地址為TAB0。計算機的P1口按從表頭開始逐步加1的順序變化，電動機正相旋轉(zhuǎn)，如果按從TAB5，逐步減1的順序變化，電動機則反轉(zhuǎn)?？刂齐妱訖C方向、速度的子程序流程圖和源程序如下所示。 子程序的入口、出口如下： 入口：R6：步進電動機步數(shù)； R5：正反轉(zhuǎn)控制，R5=0時

24、為正，R50或R50時為反； R7：TAB數(shù)據(jù)表指針。 以上參數(shù)在主程序中給定。 出口：R7：子程序結(jié)束時電動機的狀態(tài)，供下次調(diào)用時參考。,源程序如下： SBU1： MOV DPTR，#TAB AJMP REDO ；轉(zhuǎn)移去判斷正反轉(zhuǎn) DRIVER： MOV，R7 ；驅(qū)動步進電動機 MOV A，A+DPTR MOV P1，A ACALL DELAY ；調(diào)延時子程序 DJNZ R6，REDO ；距離不為0轉(zhuǎn)移 MOV R7，A ；為0保存指針后返回 RET REDO： CJNE R5，#00，NON ；如為反轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)移 CJNE R7，#05，L1 ；正轉(zhuǎn)：指針不到數(shù)組尾轉(zhuǎn)移 MOV R7，#00H

25、 ；否則指針清零 AJMP DRIVER L1： INC R7 ；指針加1 AJMP DRIVER NON： CJNE R7，#00H，L2 ；反轉(zhuǎn)：指針不在數(shù)組首轉(zhuǎn)移 MOV R7，#05H ；否則指針置5 AJMP DRIVER L2： DEC R7 ；指針減1 TAB： DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H,這里省略了延時子程序，通過改變延時時間的長短來控制電動機的速度。在以計算機為控制核心的經(jīng)濟型數(shù)控機床中采用軟件進行脈沖分配已形成趨勢。雖然軟件脈沖分配增加了編程的復(fù)雜程度，但它省去了環(huán)形脈沖分配器，系統(tǒng)減少了器件，降低了成本，也提高了系統(tǒng)的可靠性。,（二）步進電機驅(qū)動

26、電源,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),1對驅(qū)動電源的要求,實際上，步進電機是感性負載，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，電機輸出轉(zhuǎn)矩下降。,理想驅(qū)動電源使電機繞組電流 盡量接近矩形波。,而當(dāng)電機運行頻率很高時，電流峰值 顯著小于額定勵磁電流，從而導(dǎo)致電機 轉(zhuǎn)矩進一步下降，嚴(yán)重時不能啟動。,下一頁,上一頁,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),上升時電流時間常數(shù) Ti = L/R,L步進電機繞組平均電感量,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/RD RD放大回路電阻,為了提高步進電機動態(tài)特性，必須改善電流

27、波形， 使前后沿陡度增大，方法有：,下一頁,上一頁,1) 電阻法,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),從 Ti=L/R 知，為 ， 可 R， 故可在進電機繞組回路中串聯(lián)一個電阻Ro 此時， Ti = L/( r+R0 ),特點：線路簡單，但 Ro ( 10)上消耗一定功率， 發(fā)熱量大，也降低了放大器的效率，只適于小功率步進電機。,下一頁,上一頁,2) 電壓法,第六章 伺服驅(qū)動系統(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 dE/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

28、源，但效率較高，效果好， 適于中小型功率步進電機。,下一頁,上一頁,返回,下一頁,上一頁,2單電壓型驅(qū)動電源,第六章 伺服驅(qū)動系統(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: 在電流達到恒定后還起限流作用， 改變了時間常數(shù) ，提高了響 應(yīng)速度，此時電流由 ELRcT1,Ra,Rc,RL,返回,下一頁,上一頁,第六章 伺服驅(qū)動系統(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: LRcDL,2單電壓型驅(qū)動電源,Rc,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng)

29、,而T2在高壓控制電路下導(dǎo)通 時間t1較短 (100-600 s),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Ie,下一頁,上一頁,第六章 伺服驅(qū)動系統(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

30、通電， 電流達到的數(shù)值,3高低壓雙壓型驅(qū)動電源,下一頁,上一頁,第六章 伺服驅(qū)動系統(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，電機特性變差，工作不穩(wěn)定,繞組電流波形下凹， 使電機輸出轉(zhuǎn)矩降低,3) R的存在使效率降低,返回,存在的問題：,下一頁,上一頁,4電流斬波型,第六章 伺服驅(qū)動系統(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,特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、響應(yīng)速度快、驅(qū)動能力強、功耗低、噪聲大。 應(yīng)用：大（中）型功率步進電機的驅(qū)動,返回,下一頁,上一頁,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),5細分驅(qū)動電源,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),下一頁,上一頁,步進電機細分驅(qū)動： 切換時，繞組電流并非全部切除或通入，只改變額定值的一部分（如1/4)，轉(zhuǎn)子也只轉(zhuǎn)動步距角的一部分（如1/4)。,下一頁,上一頁,第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),第六章 伺服驅(qū)動系統(tǒng),返回,下一頁,上一頁,四、提高步進電機伺