伺服系統(tǒng)技術(shù)-wenkub
2022-10-28 15:43:11 本頁面
【正文】 大，一般取 TL=（ 30～ 50%） Tmax 失步 丟步：齒距數(shù)少于脈沖數(shù) 越步：齒距數(shù)多于脈沖數(shù) 失調(diào)角 θ ：?jiǎn)蜗喽ㄗ油姇r(shí)，該相定子齒與轉(zhuǎn)子齒的中心線不重合所夾角 ?s inm a xTT j ??qL TT ?矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入脈沖頻率的關(guān)系 ? 高速時(shí)，負(fù)載能力變差，這是其應(yīng)用受到限制的原因之一 由圖看出： 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩隨脈沖頻率的升高而降低 原因：定子控制繞組有一定的電感量，回路有電氣時(shí)間常數(shù)，電感電流變化 有一個(gè)過渡過程，達(dá)不到電流穩(wěn)態(tài)值。 的地方，即 B相磁極的齒與轉(zhuǎn)子齒相差 3176。 以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明工作原理： 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)利用定子繞組通電勵(lì)磁， 產(chǎn)生反應(yīng)磁阻轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 4 應(yīng)變能力和過載能力 要求： 過載能力 指在低速大轉(zhuǎn)矩時(shí)，能承受較長(zhǎng)時(shí)間的過載而不致?lián)p壞 四、電氣伺服驅(qū)動(dòng)裝置 機(jī)電一體化系統(tǒng)中較多的采用 電氣伺服驅(qū)動(dòng)裝置，即 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。一、伺服系統(tǒng)基本概念 167。 伺服 驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般是指： 步進(jìn) 電機(jī)（ Stepping Motor） 直流伺服 電機(jī) (DC Servo Motor) 交流伺服 電機(jī) (AC Servo Motor) 5 三種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)： 步進(jìn) 電機(jī) ?轉(zhuǎn)角與數(shù)字脈沖成比例，可構(gòu)成直接數(shù)字控制 ?構(gòu)成廉價(jià)的開環(huán)系統(tǒng) ?控制系統(tǒng)控制較簡(jiǎn)單 DC伺服 電機(jī) ?高響應(yīng)、高功率密度 ?可實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)字控制 ?換向器件需維護(hù) AC伺服 電機(jī) ?具有 DC伺服電機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn) ?需要磁極位置檢測(cè)器 ?無接觸換向器件，維護(hù)方便 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的基本要求： 性能密度大 6 兩方面含義 功率密度大（ PW） 比功率大（ dP/dt） WPPW ?功率密度指單位重量的輸出功率： 比功率指功率對(duì)時(shí)間微分： NN TTdtdTTdtddtdP????? )(因?yàn)?，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程為： dtdJTmN??因此，比功率為： mN JTdtdP /2?快速性好；調(diào)速范圍寬（ 1： 1000以上）；適應(yīng)啟停頻繁的工作要 求等。 如圖示，定子有三對(duì)磁極 AA， BB，CC，若轉(zhuǎn)子有 40個(gè)齒，則轉(zhuǎn)子的齒距角為： ?? 9403 6 0 ??z?定子每相磁極有 5個(gè)齒，其齒距寬度 與轉(zhuǎn)子一樣，則相鄰兩個(gè)齒的夾角必 定是 9176。 ? 同理， C相磁極中心線上應(yīng)是 n號(hào)齒： ??? ? 4 0 ??n即 C相磁極中心線是轉(zhuǎn)子的第 26個(gè)齒再過 6176。 五、步進(jìn)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì) 脈沖當(dāng)量 δ ：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖時(shí)，工作臺(tái)走過的位移 單位為 mm/pulse δ= ～ 精密機(jī)床 ～ 數(shù)控機(jī)床 ～ 一般機(jī)床 角脈沖當(dāng)量 δ α ：就是步距角 α( 176。 通過減小步距角和減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量改善啟動(dòng)、加減速性能 電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 作用在步進(jìn)電機(jī)軸的總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩按下式計(jì)算： ??????????ipFipFipFJJTTTTTdmFfm2)122)(2(00m a x?? ????????等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 其中： Jm是電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） Jd是系統(tǒng)折算到電機(jī)軸的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） 是電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的角加速度（ rad/s2） F 作用在工作臺(tái)的摩擦力（ N） FW作用在工作臺(tái)的外力（ N） 伺服系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的總效率（取 — ） 絲杠螺母預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率（取 ） F0絲杠螺母預(yù)緊時(shí)的力（ N） P是絲杠螺距（ mm） i是總傳動(dòng)比 ???0?? 基本公式 281 mdJ ? 圓柱體 ?? ldm 24?其中： ? Jd的計(jì)算 對(duì)上圖所示的的系統(tǒng)，折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jd由幾部分組成： ? 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm ? 齒輪 Z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JZ1 ? 齒輪 Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JZ2和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? 工作臺(tái)折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 對(duì)于直線移動(dòng)的工作臺(tái)，折算到絲杠軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2)( 2?pMJ ?絲杠軸折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： ?????? ??? 22 )2(12 ?pJJiJ Msz因此，折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jd為： ?????? ????? 22 )2(121 ?pJJiJJJ Mszzmd對(duì)于齒輪齒條傳動(dòng)的工作臺(tái)，折算到驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 對(duì)于帶傳動(dòng)的工作臺(tái)，折算到驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2)( ?vMJ ?2RMJ ? R為齒輪分度圓半徑 為驅(qū)動(dòng)軸的角速度 ?v為工作臺(tái)的速度 六、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路 步進(jìn)電機(jī)使用脈沖電源工作，其驅(qū)動(dòng)電路方式有多種： ? 單電壓驅(qū)動(dòng)（見 p55） ? 雙電壓驅(qū)動(dòng)（見 p56） ? 斬波恒流驅(qū)動(dòng)（電流驅(qū)動(dòng)） ? 細(xì)分驅(qū)動(dòng) 對(duì)控制繞組中的電流進(jìn)行細(xì)分，把步距角細(xì)分成若干步完成 CLK 六、步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)（或計(jì)算機(jī)） 產(chǎn)生，其基本控制作用如下： ? 控制換相順序（也稱脈沖分配） ? 控制轉(zhuǎn)向（正反序通電） ? 控制速度（由單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率的大小決定） 167。 動(dòng)態(tài)特性 n=f(t) 外加階躍電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的 變化過程，理論分析知，交流和 直流伺服電機(jī)的傳遞函數(shù)類似， 因此，理想時(shí)，二者的動(dòng)態(tài)性相似 三、同步交流
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