数控伺服系统

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1、第八章 数控伺服系统进给轴：伺服电机+滚珠丝杠+位置检测v减少进给轴所需要的驱动扭矩v提高定位精度v运动平稳性二、步进电机 步进电机又称步进电机又称电脉冲马达电脉冲马达。它是将。它是将电脉冲电脉冲信号信号转换成机械角位移的执行元件。转换成机械角位移的执行元件。1 定义：输入一个电脉冲 电机就转过一个相应角度角度。转子的角位移角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数电脉冲数量量及其频率频率成正比。步距角步距角B 定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相，采用组，每两个相对的绕组组成一相，采用Y连接，假设转连接，假设转子有四

2、个齿。子有四个齿。ACIAIBIC定子定子转子转子2、步进电动机的原理步进电动机的原理 由于磁力线总是要通过由于磁力线总是要通过磁阻最小磁阻最小的路径闭合，因此的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。子转动。现以现以A B C A的通电顺序，使三相绕组的通电顺序，使三相绕组 轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。BCIAIBIC1.1.1.1.三相单三拍三相单三拍三相单三拍三相单三拍CABBCA3412 A相绕组通电，相绕组通电，B、C相相不通电。气隙产生以不通电。气隙产生以A

3、-AA-A为轴线为轴线的磁场，而磁力线总是力图从的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：到左图所示位置：1、3齿与齿与A、A极对齐。极对齐。“三相三相”指三相步进电机；指三相步进电机；“单单”指每次只能一相指每次只能一相绕组通电；绕组通电；“三拍三拍”指通电三次完成一个通电循环。指通电三次完成一个通电循环。CABBCA3412 同理，同理，B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30 角，角，2、4齿和齿和B、B 磁极轴线对齐；当磁极轴

4、线对齐；当C相通电时，转子相通电时，转子再转过再转过30 角，角，1、3齿和齿和C、C磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。1C342CABBA 这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。以称为三相单三拍工作方式。按按AB C A 的顺序给三相绕组的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过过30(步距角步距角)，每个通电循环周期，每个通电循环周期(3拍拍)磁场在磁场在空间旋转了空间旋转了360而

5、转子而转子转过转过90(一个齿距角一个齿距角)。CABBCA3412 A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿与齿与A、A 对齐。对齐。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的顺序给三相的顺序给三相绕组轮流通电。绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制这种方式可以获得更精确的控制特性。特性。CABBCA3412 A、B相同时通电，相同时通电，A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，齿，转子转转子转过过15，到达左图所示位置。到达左图所示位置。CABBCA3412 B B 相通电，相通电，转子转子2、4齿与齿与B、B 对齐对齐

6、,又转又转过过15。3412CABBCA B、C相同时通电，相同时通电，C、C 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子再转齿，转子再转过过15。三相反应式步进电动机的一个通电循环周三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每个循每个循环周期分为六拍。每拍转子转过环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），（步距角），一一个通电循环周期个通电循环周期(6拍拍)转子转过转子转过90 (齿距角齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。更适用于需要精确定

7、位的控制系统中。AB通电通电CABBCA3412BC通电通电3412CABBCACA通电通电CABBCA3412 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周循环周期也分为三拍。每拍转子转过期也分为三拍。每拍转子转过30 (步距角步距角)，一一个通电个通电循环周期循环周期(3拍拍)转子转过转子转过90(齿距角齿距角)。3.3.三相双三拍三相双三拍三相双三拍三相双三拍 按按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通电。的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电每拍有两相绕组同时通电。从以上对步进电机三种驱动方式的分析可从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得

8、得步距角步距角计算公式：计算公式：步距角步距角Zr 转子齿数转子齿数m 每个每个通电循环周期通电循环周期的拍数的拍数 实用步进电机的步距角多为实用步进电机的步距角多为3 和和1.5，如何做，如何做?步进电机由转子和定子两部分组成，下图中三步进电机由转子和定子两部分组成，下图中三相定子相定子A A、B B、C C，三相每相两极：，三相每相两极：AA,BB,CC AA,BB,CC，每极上，每极上5 5个齿。个齿。齿距角齿距角9 9度度 为了获得小步距角，电机的定子、转子都做为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的成多齿的 定子上线圈的绕法定子上线圈的绕法 转子转子 （4040齿）齿）齿距角齿

9、距角9 9度度A A相相 B相 C相 定子定子转子转子定子定子转子转子定子定子转子转子B B相相C C相相 通断电方式通断电方式v 三相单三拍：三相单三拍：ABCAv 三相双三拍：三相双三拍：ABBCCAABv 三相六拍：三相六拍：AABBBCCCAAA相 B相 C相 -表示表示1个脉冲个脉冲定子定子转子转子定子定子转子转子定子定子转子转子1 1）若步进电机采用分别采用）若步进电机采用分别采用三相单三拍、三相单三拍、三相双三拍、三相六拍三相双三拍、三相六拍通电方式，转子通电方式，转子齿数为齿数为6060，则，则步距角分别为多少步距角分别为多少？2 2）三相六拍通电方式中，三相六拍通电方式中，若

10、控制的指令若控制的指令脉冲频率为脉冲频率为24002400，则步进，则步进电机转速电机转速为多为多少少r/minr/min?3 3）三相六拍通电方式中，三相六拍通电方式中，若控制的脉冲若控制的脉冲数为数为10001000个，则电机转过了多少角位移个，则电机转过了多少角位移？练习 7三、伺服电动机三、伺服电动机伺服电动机可分为两类：伺服电动机可分为两类：伺服电动机可分为两类：伺服电动机可分为两类：伺服电动机又称执行电动机。其伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输功能是将输入的入的电压控制信号电压控制信号转换为轴上输出的转换为轴上输出的角位移角位移和角和角速度，驱动控制对象。速度，驱动控制对象。交

11、流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机 直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机 伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。直流伺服他励电机原理直流伺服他励电机原理RdIdIdFUdEd直流伺服电动机的机械特性方程1.可调整多个参量实现调速，调速性能好。2.输出扭矩大，过载能力强。3.电刷和换向器易磨损，最高转速受限制。4.直流伺服电机逐渐的被交流伺服电机所取代。特点：交流同步伺服电机结构交流同步伺服电机结构交流同步伺服电机工作原理交流同步伺服电机工作原理Nsns nr SsSNf:电源频率电源频率p:定子磁极对数定子磁极对数交流伺服电机的优点交流伺服电机的优点:w 结构简单、成本低结构简单、成本低w 较硬的机械特性较硬的机械特性w 转子的转动惯量小转子的转动惯量小机械特性：机械特性：转速转速受受负载负载影响的程度影响的程度