第七章機(jī)電控制工程中執(zhí)行部件的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-13 16:49 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。176。、176。、176。、176。、176。、176。、176。等。步矩角ap要滿足系統(tǒng)最小位移量的要求，即ap≤amin式中，amin為負(fù)載軸要求的最小位移增量（即脈沖當(dāng)量）。（c）精度的選擇：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度用步距精度△am應(yīng)滿足△am≤△aL式中，△aL為負(fù)載軸允許的角度誤差。（d）啟動(dòng)頻率與運(yùn)行頻率的選擇：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率連續(xù)上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)不失步的最高頻率為運(yùn)行頻率，它的值跟負(fù)載有關(guān)。要求在同樣負(fù)載下，運(yùn)行頻率要遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。（e）電流的選擇： 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓） （f）輻射干擾的選擇：在檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組合條件下的機(jī)電產(chǎn)品，應(yīng)選擇無輻射干擾的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，有利于檢測(cè)和控制精度及可靠性。（g）尺寸選擇：在滿足總體控制要求的條件下，選擇結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)?？刂疲簣D82 步進(jìn)電機(jī)工作控制系統(tǒng)框圖（2）伺服電機(jī)的選擇及控制概念：伺服電機(jī)是一種將信號(hào)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。特點(diǎn)：（a）調(diào)速范圍廣。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓改變，能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。（b）轉(zhuǎn)子的慣性小，即能實(shí)現(xiàn)迅速啟動(dòng)、停轉(zhuǎn)，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。（c）控制功率小，過載能力強(qiáng)，可靠性好。選擇： （a）電機(jī)的類型選擇：無刷電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩高、速度范圍寬、堅(jiān)固耐用、易維修等優(yōu)點(diǎn)，因而伺服電機(jī)一般選擇用無刷電機(jī)，如異步感應(yīng)電機(jī)（IM）、三相永磁同步電機(jī)（PMSM）和無刷直流電機(jī)（BDCM）。矢量控制技術(shù)解決了這三種電機(jī)各自的不足，特別是在伺服驅(qū)動(dòng)中的動(dòng)態(tài)控制問題的解決，使交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可與直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相媲美。在轉(zhuǎn)矩/慣量比等方面交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)明顯優(yōu)于直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別是在一些高精度伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，一般選擇交流伺服電機(jī)。（b）電機(jī)成本選擇：由于交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般是同伺服電機(jī)、變頻裝置（流器和逆變器）和控制系統(tǒng)三部分組成。對(duì)于三相異步（感應(yīng)）電機(jī)、三相永磁同步電機(jī)和無刷交流電機(jī)這三種交流伺服系統(tǒng)來說，變頻裝置和控制系統(tǒng)的價(jià)格相差無幾，后兩種電機(jī)的價(jià)格差距也不大，而三相感應(yīng)電機(jī)的價(jià)格僅為三相交流永磁同步電機(jī)的1/3左右。因而，從經(jīng)濟(jì)性來考慮，在控制精度要求不高時(shí)，選擇三相交流籠型感應(yīng)電機(jī)最合適，價(jià)格低，使用方便。轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確認(rèn)（c）按轉(zhuǎn)矩/慣量比選擇：徑向磁場(chǎng)的三相永磁同步電機(jī)和無刷交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩/慣量比可達(dá)4200s—2，軸向磁場(chǎng)的三相永磁同步電機(jī)可達(dá)5600—2，而感應(yīng)電機(jī)僅為其一半。轉(zhuǎn)矩/慣量比是電機(jī)加速性能和動(dòng)態(tài)性能的重要指標(biāo)，在高性能伺服控制系統(tǒng)中，應(yīng)選轉(zhuǎn)矩/慣量比大的電機(jī)。計(jì)算負(fù)載慣量，慣量的匹配（d）電機(jī)調(diào)整范圍選擇。電機(jī)調(diào)整范圍應(yīng)在滿足負(fù)載功率要求的條件下進(jìn)行選擇，并且電機(jī)調(diào)整范圍大于應(yīng)用的負(fù)載轉(zhuǎn)速。（e）電機(jī)的額定功率應(yīng)與驅(qū)動(dòng)器功率匹配，原則上驅(qū)動(dòng)器功率大于電機(jī)功率的20%。（f）電機(jī)的功率選擇。負(fù)載功率的大小是由理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果確定的，為了保證電機(jī)的正常穩(wěn)定工作，電機(jī)的功率應(yīng)大于負(fù)載功率的2~3倍。電機(jī)軸上負(fù)載力矩的折算和加減速力矩的計(jì)算。（g）電機(jī)尺寸。電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝方式，應(yīng)在滿足總體設(shè)計(jì)要求條件下選擇，必須根據(jù)電機(jī)功率、性能特性確定?？刂疲海╝）幅值控制：保持控制電壓與勵(lì)磁電壓間的相位差不變，僅僅改變控制電壓的幅值。（b）相位控制：保持控制電壓的幅值不變，改變制電壓與勵(lì)磁電壓間的相位差。（a） 幅相控制：同時(shí)改變控制電壓的幅值和相位。 （3） 步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)的比較控制精度不同 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 176。、176。， 176。、176。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分后步距角更小。如山洋公司（SANYO DENKI）176。、176。、176。、176。、176。、176。、176。、176。，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以山洋全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360176。/8000=176。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360176。/131072=176。，176。的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。 低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比
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