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1、第八章 數(shù)控伺服系統(tǒng)進(jìn)給軸：伺服電機(jī)+滾珠絲杠+位置檢測(cè)v減少進(jìn)給軸所需要的驅(qū)動(dòng)扭矩v提高定位精度v運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性二、步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)又稱(chēng)步進(jìn)電機(jī)又稱(chēng)電脈沖馬達(dá)電脈沖馬達(dá)。它是將。它是將電脈沖電脈沖信號(hào)信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。1 定義：輸入一個(gè)電脈沖 電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相應(yīng)角度角度。轉(zhuǎn)子的角位移角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)電脈沖數(shù)量量及其頻率頻率成正比。步距角步距角B 定子內(nèi)圓周均勻分布著六個(gè)磁極，磁極上有勵(lì)磁繞定子內(nèi)圓周均勻分布著六個(gè)磁極，磁極上有勵(lì)磁繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的繞組組成一相，采用組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的繞組組成一相，采用Y連接，假設(shè)轉(zhuǎn)連接，假設(shè)轉(zhuǎn)子有四

2、個(gè)齒。子有四個(gè)齒。ACIAIBIC定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理 由于磁力線總是要通過(guò)由于磁力線總是要通過(guò)磁阻最小磁阻最小的路徑閉合，因此的路徑閉合，因此會(huì)在磁力線扭曲時(shí)產(chǎn)生切向力，而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)會(huì)在磁力線扭曲時(shí)產(chǎn)生切向力，而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。子轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)以現(xiàn)以A B C A的通電順序，使三相繞組的通電順序，使三相繞組 輪流通入直流電流，觀察轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)情況。輪流通入直流電流，觀察轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)情況。BCIAIBIC1.1.1.1.三相單三拍三相單三拍三相單三拍三相單三拍CABBCA3412 A相繞組通電，相繞組通電，B、C相相不通電。氣隙產(chǎn)生以不通電。氣隙產(chǎn)生以A

3、-AA-A為軸線為軸線的磁場(chǎng)，而磁力線總是力圖從的磁場(chǎng)，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過(guò)，故電動(dòng)磁阻最小的路徑通過(guò)，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：到左圖所示位置：1、3齒與齒與A、A極對(duì)齊。極對(duì)齊?！叭嗳唷敝溉嗖竭M(jìn)電機(jī)；指三相步進(jìn)電機(jī)；“單單”指每次只能一相指每次只能一相繞組通電；繞組通電；“三拍三拍”指通電三次完成一個(gè)通電循環(huán)。指通電三次完成一個(gè)通電循環(huán)。CABBCA3412 同理，同理，B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)30 角，角，2、4齒和齒和B、B 磁極軸線對(duì)齊；當(dāng)磁極軸

4、線對(duì)齊；當(dāng)C相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)再轉(zhuǎn)過(guò)30 角，角，1、3齒和齒和C、C磁極軸線對(duì)齊。磁極軸線對(duì)齊。1C342CABBA 這種工作方式下，三個(gè)繞組依次通電一次為一這種工作方式下，三個(gè)繞組依次通電一次為一個(gè)循環(huán)周期，一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)工作脈沖，所個(gè)循環(huán)周期，一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)工作脈沖，所以稱(chēng)為三相單三拍工作方式。以稱(chēng)為三相單三拍工作方式。按按AB C A 的順序給三相繞組的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。每一拍轉(zhuǎn)輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。每一拍轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)30(步距角步距角)，每個(gè)通電循環(huán)周期，每個(gè)通電循環(huán)周期(3拍拍)磁場(chǎng)在磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)了空間旋轉(zhuǎn)了360而

5、轉(zhuǎn)子而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)過(guò)90(一個(gè)齒距角一個(gè)齒距角)。CABBCA3412 A相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒與齒與A、A 對(duì)齊。對(duì)齊。2.2.三相六拍三相六拍三相六拍三相六拍 按按AAB B BC C CA的順序給三相的順序給三相繞組輪流通電。繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制這種方式可以獲得更精確的控制特性。特性。CABBCA3412 A、B相同時(shí)通電，相同時(shí)通電，A、A 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15，到達(dá)左圖所示位置。到達(dá)左圖所示位置。CABBCA3412 B B 相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2、4齒與齒與B、B 對(duì)齊對(duì)齊

6、,又轉(zhuǎn)又轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15。3412CABBCA B、C相同時(shí)通電，相同時(shí)通電，C、C 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每個(gè)循每個(gè)循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)15（步距角），（步距角），一一個(gè)通電循環(huán)周期個(gè)通電循環(huán)周期(6拍拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90 (齒距角齒距角)。與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更小，與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。更適用于需要精確定

7、位的控制系統(tǒng)中。AB通電通電CABBCA3412BC通電通電3412CABBCACA通電通電CABBCA3412 與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電循環(huán)周循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30 (步距角步距角)，一一個(gè)通電個(gè)通電循環(huán)周期循環(huán)周期(3拍拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90(齒距角齒距角)。3.3.三相雙三拍三相雙三拍三相雙三拍三相雙三拍 按按AB BC CA的順序給三相繞組輪流通電。的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電每拍有兩相繞組同時(shí)通電。從以上對(duì)步進(jìn)電機(jī)三種驅(qū)動(dòng)方式的分析可從以上對(duì)步進(jìn)電機(jī)三種驅(qū)動(dòng)方式的分析可得

8、得步距角步距角計(jì)算公式：計(jì)算公式：步距角步距角Zr 轉(zhuǎn)子齒數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù)m 每個(gè)每個(gè)通電循環(huán)周期通電循環(huán)周期的拍數(shù)的拍數(shù) 實(shí)用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為實(shí)用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3 和和1.5，如何做，如何做?步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成，下圖中三步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成，下圖中三相定子相定子A A、B B、C C，三相每相兩極：，三相每相兩極：AA,BB,CC AA,BB,CC，每極上，每極上5 5個(gè)齒。個(gè)齒。齒距角齒距角9 9度度 為了獲得小步距角，電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做為了獲得小步距角，電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的成多齒的 定子上線圈的繞法定子上線圈的繞法 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 （4040齒）齒）齒距角齒

9、距角9 9度度A A相相 B相 C相 定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子B B相相C C相相 通斷電方式通斷電方式v 三相單三拍：三相單三拍：ABCAv 三相雙三拍：三相雙三拍：ABBCCAABv 三相六拍：三相六拍：AABBBCCCAAA相 B相 C相 -表示表示1個(gè)脈沖個(gè)脈沖定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1 1）若步進(jìn)電機(jī)采用分別采用）若步進(jìn)電機(jī)采用分別采用三相單三拍、三相單三拍、三相雙三拍、三相六拍三相雙三拍、三相六拍通電方式，轉(zhuǎn)子通電方式，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為齒數(shù)為6060，則，則步距角分別為多少步距角分別為多少？2 2）三相六拍通電方式中，三相六拍通電方式中，若

10、控制的指令若控制的指令脈沖頻率為脈沖頻率為24002400，則步進(jìn)，則步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速為多為多少少r/minr/min?3 3）三相六拍通電方式中，三相六拍通電方式中，若控制的脈沖若控制的脈沖數(shù)為數(shù)為10001000個(gè)，則電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)了多少角位移個(gè)，則電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)了多少角位移？練習(xí) 7三、伺服電動(dòng)機(jī)三、伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)可分為兩類(lèi)：伺服電動(dòng)機(jī)可分為兩類(lèi)：伺服電動(dòng)機(jī)可分為兩類(lèi)：伺服電動(dòng)機(jī)可分為兩類(lèi)：伺服電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其伺服電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其功能是將輸功能是將輸入的入的電壓控制信號(hào)電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上輸出的轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移角位移和角和角速度，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。速度，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。交

11、流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動(dòng)控伺服電動(dòng)機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。直流伺服他勵(lì)電機(jī)原理直流伺服他勵(lì)電機(jī)原理RdIdIdFUdEd直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程1.可調(diào)整多個(gè)參量實(shí)現(xiàn)調(diào)速，調(diào)速性能好。2.輸出扭矩大，過(guò)載能力強(qiáng)。3.電刷和換向器易磨損，最高轉(zhuǎn)速受限制。4.直流伺服電機(jī)逐漸的被交流伺服電機(jī)所取代。特點(diǎn)：交流同步伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)交流同步伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)交流同步伺服電機(jī)工作原理交流同步伺服電機(jī)工作原理Nsns nr SsSNf:電源頻率電源頻率p:定子磁極對(duì)數(shù)定子磁極對(duì)數(shù)交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn):w 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低w 較硬的機(jī)械特性較硬的機(jī)械特性w 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小機(jī)械特性：機(jī)械特性：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速受受負(fù)載負(fù)載影響的程度影響的程度