机电一体化cug(ch4伺服驱动技术)

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1、第四章伺服驱动技术一、伺服执行机构概述二、步进电机的原理及驱动三、直流伺服电机的原理及驱动四、交流伺服电机的原理及驱动伺服执行元件的特点及类型第一节伺服执行机构概述机电控制系统对执行元件的要求一般来说，工作机的执行机构要对外界做功，因此必须实现一定的运动和传递必要的动力。通常对执行机构提出如下基本要求：（1）能够实现系统所需的运动；（2）传递必要的动力；（3）保证系统具有良好的动态品质。机电一体化系统执行元件应满足的性能要求：（1）惯量小、动力大；（2）体积小、重量轻；（3）快速性好，加减速扭矩大，频率特性好；（4）位置控制精度高。伺服电机控制方式伺服电机比较第二节

2、步进电动机一、步进电动机的结构和工作原理与普通电动机一样，也是由定子和转子构成，其中定子又分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成，定子绕组是绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。图示的步进电动机可构成A、B、C三相控制绕组，故称三相步进电动机。1-绕组2-定子铁心3-转子铁心反应式步进电动机结构原理图一、步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。当A相绕组通电时，转子的齿与定子AA上的齿对齐。若A相断电，B相通电，由于磁力的作用，转子的齿与定子BB上的齿对齐，转子沿逆

3、时针方向转过，如果控制线路不停地按A→B→C→A…的顺序控制步进电动机绕组的通断电，步进电动机的转子便不停地逆时针转动。若通电顺序改为A→C→B→A…，步进电动机的转子将顺时针转动30。这种通电方式称为三相三拍，而通常的通电方式为三相六拍，其通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A…或A→AC→C→CB→B→BA→A…，相应地，定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过15·。三相三拍工作方式三相六拍工作方式二、步进电机特点（1）步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步距角；（2）改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改

4、变；（3）步进电动机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；（4）步进电动机步距角与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式k有关，可用下式表示：=360/(mzk)式中m相m拍时，k=1；m相2m拍时，k=2。对于上图所示的单定子、径向分相、反应式步进电动机，当它以三相三拍通电方式工作时，其步距角为：=360/(3×4×1)=30若按三相六拍通电方式工作，则步距角为：=360/(3×4×2)=15步距角：常见的步距角0.60/1.20,0.750/1.50,0.90/1.80,10/20,1.50/30

5、等。例：某步进电机有80个齿,采用3相6拍方式驱动，经丝杠螺母副驱动工作台做直线运动,丝杠的导程L=6mm。求：(1)步进电机的步矩角。(2)当脉冲当量δ为0.01mm时,试设计此传动系统。i=Z2/Z1=αL/360δδ=αL/360i(1)k=6/3=2=360/(mzk)=360/(3×80×2)=0.75。(2)I=Z2/Z1=αL/360δ=0.75×6/360×0.01=2/1可选Z1=20，Z2=40，模数=1.5的齿轮传动副。例将改造一台C620车床，其纵向丝杠的螺距t=12mm，采用110BF003型步进电动机，步距α=0.75°，系统规定的纵

6、向步进当量ι=0.01mm，计算步进电动机与纵向丝杠之间的联接传动比。解：可选，模数m=1.5的齿轮传动副。当i为小数时，则可采用挂轮。思考题：三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。(1)如果电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?(2)如果电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?三、步进电机分类（1）反应式步进电机：定子转子均有铁心组成，转子无绕组，步进运行由定子绕组通电历磁产生的反应力矩作用实现。特点：结构简单，工作可靠，运行频率高，步距角小。应用：数控设备，机器人。（2）永磁式步进电机：转子用永磁铁，靠与定子产生电磁

7、力特点：控制功率小，效率高，造价低，但步距角大。应用：记录仪，空调机。（3）混合式步进电机：转子有齿，带固定极性。特点：步距角小，工作频率高，控制功率小。但结构复杂，成本高。磁阻式步进电机永磁式步进电机四、步进电机的驱动与控制步进电机的驱动方法步进电动机的运行特性与配套使用的驱动电源有密切关系。驱动电源由脉冲分配器、功率放大器组成。步进电机驱动组成框图步进电机的加减速过程步进电机驱动电源脉冲分配器（环形分配器）软件脉冲分配软件环形分配器的设计方法有很多，如查表法、比较法、移位寄存器法等，它们各有特点，其中常用的是查表法。步序导电相工作状态数值（16进制）程序的数