【正文】 矩角 。 ， 系統(tǒng)規(guī)定的縱向步進(jìn)當(dāng)量 ι=， 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與縱向絲杠之間的聯(lián)接傳動(dòng)比 。 (1)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 60r/min,單雙拍制通電，輸入脈沖頻率為多少 ? (2)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 100r/min，單拍制通電，輸入脈沖頻率為多少 ? 步進(jìn)電機(jī)分類 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) ：定子轉(zhuǎn)子均有鐵心組成，轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，步進(jìn)運(yùn)行由定子繞組通電歷磁產(chǎn)生的反應(yīng)力矩作用實(shí)現(xiàn)。 應(yīng)用 ：記錄儀，空調(diào)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源 脈沖分配 脈沖分配 軟件脈沖分配 軟件環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)方法有很多，如查表法、比較法、移位寄存器法等，它們各有特點(diǎn)，其中常用的是查表法。由于二極管 VD1的作用，使繞組只加上高電壓 U1，繞組的電流很快達(dá)到規(guī)定值。若 VrefVf時(shí) Vin信號(hào)通過(guò)與門，形成 Vb正脈沖，打開(kāi)功率管VT；反之， VrefVf時(shí) Vin信號(hào)被截止，無(wú) Vb正脈沖，功率管 VT截止。 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)是靠給各相勵(lì)磁線圈通電順序變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。 （ 3）根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)、運(yùn)行矩頻特性。電磁式的磁場(chǎng)由 激磁繞組 產(chǎn)生；永磁式的磁場(chǎng)由 永磁體 (永久磁鐵 )產(chǎn)生。由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)始終正交，因而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 一般， 寬頻帶低功率系統(tǒng)選用線性放大器 (小于幾百瓦 )，而脈寬調(diào)制放大器常用在較大的系統(tǒng)中，尤其是那些要求在低速和大轉(zhuǎn)矩下連續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合。同時(shí)，在 比較器 的輸入端還加入一個(gè)調(diào)零電壓 v0，當(dāng)控制電壓 vIN為零時(shí)，調(diào)節(jié) vo使比較器的輸出電壓為正、負(fù)脈沖寬度相等的方波信號(hào)，如圖 4— 19(a)所示。缺點(diǎn)是： 輸出功率和轉(zhuǎn)矩較??；轉(zhuǎn)矩特性和調(diào)節(jié)特性的線性度不及直流伺服電動(dòng)機(jī)好；其效率也較直流伺服電動(dòng)機(jī)為低 。 用于自動(dòng)焊機(jī)中保持電弧長(zhǎng)度穩(wěn)定，其原理如圖 4— 34所示。如果外界干擾使弧長(zhǎng)變長(zhǎng)或變短，反饋弧壓 up相當(dāng)于增大或減小，偏差信號(hào)經(jīng)放大器 1送入電機(jī) sL的控制電壓的相序發(fā)生改變，使控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，經(jīng)移動(dòng)裝置 3帶動(dòng)焊條 8上下移動(dòng)，以保持電弧長(zhǎng)度恒定。變頻器還有豐富的軟件，各種功能主要靠軟件來(lái)完成。 目前在變頻器中多采用正弦波 PWM控制方式 ， 即通過(guò)改變 PWM輸出的脈沖寬度 ， 使輸出電壓的平均值接近正弦波 ， 這種方式也被稱為 SPWM控制 。就是能夠提供克服峰值負(fù)載所需的功率。紡織、化纖機(jī)械。 機(jī)床專用變頻器 ：用于機(jī)床主軸傳動(dòng)控制，以滿足工藝上要求得大加減速轉(zhuǎn) 矩，寬廣的恒功率控制及高精度的定位控制，提高機(jī)床自動(dòng)化。 變頻器選擇 分析控制對(duì)象的負(fù)載特性選擇電動(dòng)機(jī)的容量 根據(jù)用途選擇合適的變頻器類型 確定變頻器容量 （ 1）選擇變頻器具體型號(hào)是以電動(dòng)機(jī)額定電流值為依據(jù)，以電動(dòng)機(jī)的額定功率為參考值。 在低速范圍內(nèi) ， 應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的溫升情況 ， 是否需加裝風(fēng)扇給電動(dòng)機(jī)散熱 。 因此 ， 由變頻器得到給定壓力信號(hào)和實(shí)際反饋信號(hào) ， 利用變頻器內(nèi)部固有的功能進(jìn)行比較計(jì)算 ， 通過(guò)頻率輸出的變化調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速 ， 從而控制管網(wǎng)中水壓力恒定 。恒壓供水系統(tǒng)的控制原理圖如圖 414所示。 接變頻器運(yùn)行指示信號(hào)接變頻器起/停信 號(hào)X25:3X25:2X2:1X2:7接壓力給定信號(hào)（如信號(hào)發(fā)生器）接壓力反饋信號(hào)（如壓力變送器）FUACS60 1系列變頻器X1:6X1:5X1:7X1:8M圖4－ 23 恒壓供 水系統(tǒng)控制原理圖U 1V 1W 1QF 1U 2V 2W 2在本系統(tǒng)控制電路中 ， 變頻器接受的壓力給定信號(hào)與壓力反饋信號(hào)均為電流信號(hào) （ 420mA） ， 變頻器接受的啟 /停信號(hào)為無(wú)源開(kāi)關(guān)量信號(hào) ， 其運(yùn)行指示信號(hào)輸出也為無(wú)源開(kāi)關(guān)量信號(hào) 。 可靠性強(qiáng)，適于工業(yè)環(huán)境。 總線型工控機(jī) 總線型工控機(jī)特點(diǎn) 提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)和制造周期。 單板機(jī) 單片機(jī) 單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成 單片機(jī)特點(diǎn) 受集成度的限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較小。 一般單片機(jī)內(nèi)無(wú)監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理程序。23+d2 如果采月 n個(gè)電子開(kāi)關(guān)組成的網(wǎng)絡(luò)，那么 vOUT＝ — VREF／ 2n [dn121+d0從圖中可見(jiàn)，不管電子開(kāi)關(guān)接在 2點(diǎn)還是接地，流過(guò)每個(gè)支路的 2R上的電流都是固定不變的，從參考電壓端看其輸入電阻為 R，從參考電源流入的總電流為 J，則每個(gè)支路 〔 流經(jīng) 2R電阻 )的電流依次為： J／ 2， J／ 4， J／ 8． J／ 16，而 I=VREF／ R。 易擴(kuò)展。 便于調(diào)試和維修 。 功能完善。 這是因?yàn)闈撍秒妱?dòng)機(jī)的額定電流比通常電動(dòng)機(jī)的額定電流要大 ， 所以選擇變頻器時(shí) ， 變頻器的連續(xù)輸出電流要大于潛水泵電動(dòng)機(jī)的額定電流 。 在本系統(tǒng)主電路中 ， 變頻器的前端加入空氣斷路器與快速熔斷器進(jìn)行前端過(guò)電流保護(hù)與短路保護(hù) ， 以避免變頻器整流部分的損壞 。 圖 4 － 22 變頻器恒壓供水系統(tǒng)圖進(jìn)水管水池閥門止回閥狀態(tài)顯示器水泵 閥門出水管變頻器壓力傳感器M~水泵電動(dòng)機(jī) 本系統(tǒng)僅舉出一個(gè)簡(jiǎn)單例子，即 一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)水泵運(yùn)行 。 變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例 ABB變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 恒壓供水是指不論用戶端水量大小 ， 總保持管網(wǎng)水壓基本恒定 。 （ 2）變頻器與電動(dòng)機(jī)的距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)，為防止電纜對(duì)地耦合與變頻器輸出電流中諧波疊加而造成的電動(dòng)機(jī)端子處電壓升高的影響，應(yīng)在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 高頻變頻器 ：用于超精密加工、高速電動(dòng)機(jī)。冶金、印刷、造紙。 Pm=(～ )TLrnLr/159η (2)發(fā)熱校核 TN≥TLr tdtTTTTtLFLaLLr? ??? 02)((3)轉(zhuǎn)矩過(guò)載校核 (TL)max≤(Tm)max過(guò)載轉(zhuǎn)矩 (Tm)max=λTn額定力矩 1）慣量較小的系統(tǒng) 1Jl/Jm3 2）慣量較大的系統(tǒng) ≤Jl/Jm≤1 變頻器種類 通用變頻器 ：節(jié)能，節(jié)電 20%，用于壓縮機(jī)、泵、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)等； 提高控制性能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，用于運(yùn)輸機(jī)械、起重機(jī)等。 其中 ， V/F控制屬于開(kāi)環(huán)控制 ， 而轉(zhuǎn)差控制和矢量控制屬于閉環(huán)控制 ， 二者的主要區(qū)別在于 V/F控制方式中沒(méi)有進(jìn)行速度反饋 ， 而在轉(zhuǎn)差頻率控制方式和矢量控制方式利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制 。 PAM控制是 Pulse Amplitude Modulation（ 脈沖振幅調(diào)制 ） 控制的簡(jiǎn)稱； PWM控制是 Pulse Width Modulation（ 脈沖寬度調(diào)制 ） 控制的簡(jiǎn)稱 ， 是在逆變電路部分同時(shí)對(duì)輸出電壓 （ 電流 ） 的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方式 。目前常用的通用變頻器即屬于交－直－交變頻，其基本結(jié)構(gòu)原理如圖 4－ 12。為保證焊接質(zhì)量，要求自動(dòng)焊機(jī)在整個(gè)焊接過(guò)程中能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)電弧長(zhǎng)度，使電弧穩(wěn)定地燃燒。 特點(diǎn) ：無(wú)接觸換向部件 需要磁極位置檢測(cè)器（如編碼器） 具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。 第四節(jié) 交流伺服電動(dòng)機(jī) 與普通直流伺服電動(dòng)機(jī)相比較， 普通交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：它不需要電刷和換向器，因而避免了由于存在電刷和換向器而引起的一系列弊病。它的 基本原理 是： 利用大功率晶體管的開(kāi)關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率 (例如 2022HZ)的方波電壓，加在直流電動(dòng)機(jī)的電樞上，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 如圖 4— 18所示。對(duì)驅(qū)動(dòng)電路一般要求 頻帶寬、效率高、能量能回授 等。永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)由于尺寸小、重量輕、效率高、出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需激磁等一系列優(yōu)點(diǎn)而被越來(lái)越重視。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件還是獲得了廣泛的應(yīng)用。 靜力矩的選擇 （ 1）根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 在通電脈沖內(nèi)使勵(lì)磁線圈的電流能快速建立，而在斷電時(shí)電流能快速消失。 3．?dāng)夭ê懔鞴Ψ烹娐? 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源總結(jié) 作用 ：對(duì)控制脈沖進(jìn)行功率放大，以使步進(jìn)電機(jī)獲得足夠大的功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。 不足之處是 在高低壓銜接處的電流波形在頂部有下凹 ， 影響電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性 。 2．高低電壓功率放大電路 電源 U1為高電壓，電源大約為 80～ 150V，U2為低電壓電源，大約為 5～ 20V。 特點(diǎn) ：步距角小，工作頻率高，控制功率小。 應(yīng)用 ：數(shù)控設(shè)備，機(jī)器人。當(dāng) i為小數(shù)時(shí)，則可采用掛輪。= 360/mzk =360/3 80 2=。 對(duì)于圖 61所示的單定子 、 徑向分相 、 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) ， 當(dāng)它以三相三拍通電方式工作時(shí) ， 其步距角為 ?=360/3 4 1=30 若按三相六拍通電方式工作 ， 則步距角為 ?=360/3 4 2=15 步距角： 常見(jiàn)的步距角 , , ,10/20, 。若 A相斷電， B相通電，由于磁力的作用，轉(zhuǎn)子的齒與定子 BB上的齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)，如果控制線路不停地按 A→B→C→A… 的順序控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的通斷電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子便不停地逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。定子鐵心由電工鋼片疊壓而成，定子繞組是繞置在定子鐵心 6個(gè)均勻分布的齒上的線圈，在直徑方向上相對(duì)的兩個(gè)齒上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相控制繞組。 (2)空氣的壓縮性遠(yuǎn)大干液壓油的收縮性，精度較低。 (5)維護(hù)簡(jiǎn)便，使用安全，沒(méi)有防火、防爆問(wèn)題；適用于石油、化工、農(nóng)藥及礦山機(jī)械 的特殊要求。 傳感器接口技術(shù) 控制電動(dòng)機(jī)及其選擇計(jì)算 第一節(jié) 執(zhí)行元件分類 液壓系統(tǒng) 氣壓系統(tǒng) 氣壓系統(tǒng)的基本組成 直線氣缸 擺動(dòng)氣缸 氣馬達(dá) 氣爪 繼電器 定時(shí)器 電子元件 計(jì)數(shù)器 順序控制器 氣動(dòng)控制元件 氣源 氣源處理裝置 壓力 控制閥 方向 控制閥 流量 控制閥 驅(qū)動(dòng)裝置 操作裝置 指示裝置 檢測(cè)裝置 控制 (運(yùn)算 ) 回路 按扭開(kāi)關(guān) 選擇開(kāi)關(guān) 按扭閥 指示器 計(jì)數(shù)器 蜂鳴器 限位開(kāi)關(guān) 限位閥 接近開(kāi)關(guān) 傳感器 壓力開(kāi)關(guān) 真空開(kāi)關(guān) 速度控制閥 緩沖閥 快速排氣閥 電磁閥 氣控閥 人工換向閥 機(jī)控?fù)Q向閥 減壓閥 增壓閥 安全閥 空氣壓縮機(jī) 過(guò)濾器 油霧器 油霧分離器 驅(qū)動(dòng)部分 控制部分 檢測(cè)部分 氣壓系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的比較 ( 1)空氣可以從大氣中取之不竭且不易堵塞；將用過(guò)的氣體排入大氣，無(wú)需回氣管路處理方便；泄漏不會(huì)嚴(yán)重的影響工作，不污染環(huán)境。 選擇不同的開(kāi)關(guān)閉合，即可實(shí)現(xiàn)增益的變換。 習(xí)慣上將具有這種特點(diǎn)的放大器稱為測(cè)量放大器或儀表放大器。有時(shí)為了提高識(shí)別的可靠性，幾種接近傳感器可以復(fù)合使用。在安全防盜方面，如資料、財(cái)會(huì)、倉(cāng)庫(kù)、博物館、金庫(kù)等重要場(chǎng)合也都裝有各式各樣的接近傳感器。 一、接觸式位置傳感器 這類傳感器用微動(dòng)開(kāi)關(guān)之類的觸點(diǎn)器件便可構(gòu)成。 第四節(jié) 位置傳感器 位置傳感器和位移傳感器不一樣，它所測(cè)量的不是一段距離的變化量，而是通過(guò)檢 測(cè)，確定是否已到某一位置。在使用中， 為提高檢測(cè)靈敏度、盡量把它連接到電機(jī)軸上 ，有的電機(jī)本身就已安裝了測(cè)速機(jī)。 測(cè)速機(jī)的結(jié)構(gòu)有多種，但原理基本相同。由 于光電編碼器具有非接觸和體積小的特點(diǎn)，且分辨率很高，在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)已能產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)個(gè)脈沖，因此，它是目前應(yīng)用最為廣泛的一種編碼器。當(dāng)主光柵產(chǎn)生位移時(shí)，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生上、下位移，若用光電器件記錄下莫爾條紋通過(guò)某點(diǎn)的數(shù)目，便可知主光柵移動(dòng)的位移，也就測(cè)得了被測(cè)物體的位移量。 光柵 光柵是一種新型的位移檢測(cè)元件，它的持 點(diǎn)是測(cè)量精確高、響應(yīng)速度快和量程范圍大等。原因：兩次級(jí)線圈結(jié)構(gòu)不對(duì)稱；初級(jí)線圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻、線圈間分布電容等形成。 互感型： 差動(dòng)變壓器式 原理： 將被測(cè)位移轉(zhuǎn)換成線圈互感變化。變化金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率，可作為材質(zhì)鑒別或探傷等。這種渦流將產(chǎn)生交變磁通 ?1，根據(jù)楞次定律，渦流的交變磁場(chǎng)與線圈的磁場(chǎng)變化方向相反。 ??20022 AWRWLm??（二）渦流式 原理：金屬板在交變磁場(chǎng)中的渦電流效應(yīng)。 變換原理： 電磁感應(yīng)原理。 3．變介質(zhì)型電容傳感器 原理 結(jié)構(gòu)如圖 。 注意： 傳感器輸出特性是非線性的，規(guī)定