【正文】 為了對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制、計(jì)算和存儲(chǔ)有關(guān)數(shù)據(jù)，選用了單片機(jī) μPD7811。 步進(jìn)電機(jī)的微步運(yùn)行 微步就是把步進(jìn)電機(jī)單拍運(yùn)行的一步，細(xì)分成若干小步，這樣脈沖當(dāng)量就縮小到單拍量的若干分之一。 常用功率放大電路有： 單電壓驅(qū)動(dòng) ，以 電壓驅(qū)動(dòng) ， 斬波驅(qū)動(dòng)電路 等。因此，步進(jìn)電機(jī)要正常工作，就應(yīng)有控制電路和功率驅(qū)動(dòng)電路。具有恒功率范圍寬、響應(yīng)快及可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn)。 永磁交流伺服系統(tǒng)具有下述優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍極寬 ， 可達(dá) 105106， 在調(diào)速范圍內(nèi)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù) 、 平穩(wěn)運(yùn)行；步距角可以自由選擇等 。轉(zhuǎn)差頻率限幅器的作用是保證電機(jī)可以用逆變器容許電流的最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行加減速運(yùn)轉(zhuǎn)，改善了加減速特性。 當(dāng)異步電機(jī)在允許過載轉(zhuǎn)矩以下時(shí) ， 可以認(rèn)為轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率大致成比例變化 ， 所以利用轉(zhuǎn)差頻率控制 ， 就可以改善 U/f控制時(shí)的加減速特性和穩(wěn)定性 。它屬于 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 。 可知，只要能改變電機(jī)的 轉(zhuǎn)差率 s、 極對(duì)數(shù) p和 供電頻率 f1中任一個(gè)參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 當(dāng)輸入信號(hào)與反饋信號(hào)送到頻率相位比較器后 ， 就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反映兩個(gè)信號(hào) 相位誤差 的信號(hào) ， 去控制電機(jī)速度朝著減少相位誤差的方向變化 ， 最后達(dá)到 兩個(gè)信號(hào)具有相同頻率和固定相位差 ， 此時(shí)稱為鎖定狀態(tài) 。 直流伺服電機(jī)的控制 1）簡單的穩(wěn)速控制系統(tǒng) 電機(jī)軸上帶有一個(gè)永磁測(cè)速裝置 ， 組成一個(gè)速度反饋回路 ， 從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速目的 。這種調(diào)速系統(tǒng)即保證了無靜差調(diào)速，又改善了動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)了最佳過渡過程。 ? ? ? ?11acdE R nnIC K K?? ? ?? ? ?如果令系統(tǒng)開環(huán)和閉環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速相等，則據(jù)式（ 423）和式（ 426）可得 由此可見，在同樣負(fù)載下，閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落僅是開環(huán)轉(zhuǎn)速降落的 ，從而使機(jī)械特性的硬度得到很大提高，如圖 434中曲線 1和 4所示。 小功率電機(jī)可能用功率晶體管直接驅(qū)動(dòng)，但是對(duì)于較大功率的電機(jī)都是采用晶閘管（ SCR）或晶體管脈寬（ PWM）驅(qū)動(dòng)調(diào)速。 2）元件的厚度越小，靈敏度越高，一般 d = 3)霍爾電勢(shì)與電子密度成反比，所以金屬材料不能用作霍爾元件，因?yàn)榻饘僦械淖? 由電子濃度太高。 我們稱 VH。 圖 431所示是利用位移傳感器（電渦流式或電容式等）檢測(cè)齒輪轉(zhuǎn)速的例子。 60 NnZt? 圖 430是光電式轉(zhuǎn)速傳感器原理圖。從圖可知，當(dāng)負(fù)載電阻 RL→∞ 時(shí)，輸出電壓 U與轉(zhuǎn)速 n始終成正比，隨著負(fù)載電阻 RL變小，輸出電壓下降，而且，當(dāng)它工作在較高轉(zhuǎn)速下，還會(huì)帶來非線性問題。 測(cè)速發(fā)電機(jī) 測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)就是一種小型發(fā)電機(jī)。兩者分別進(jìn)入?yún)⒖?角錐棱鏡 7和工作臺(tái)上的 角錐棱鏡 6后，都被反射到偏振光分光鏡 5的分光面上，再經(jīng) 反射鏡 檢偏器 9，被 光電元件 10接收。單頻激光干涉?zhèn)鞲衅魇抢?邁克爾遜干涉 原理。 00 c os 2 si n 2 c os 2m xk t k tW? ? ?? ? ? ?若磁頭與磁柵相對(duì)位移一個(gè)節(jié)距 W， Φ0也交變化一個(gè)周期。它在磁頭柵間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況下也能進(jìn)行檢測(cè)。 （ 1） 動(dòng)態(tài)磁頭： 也稱為速度響應(yīng)式磁頭 ， 如圖 426所示 ， 磁頭上僅有 一組繞組 ， 所以只能是當(dāng)磁頭與磁柵相以運(yùn)動(dòng)時(shí)才有信號(hào)輸出 。 磁柵式位移檢測(cè)裝置 磁柵檢測(cè)裝置是由 磁柵、磁頭 組成。 當(dāng) α=0時(shí) ， 兩繞組軸線重合 ， 由定子繞組建立的磁場(chǎng) ， 其磁力線全部穿過轉(zhuǎn)子繞組 ， 感應(yīng)電勢(shì)最大；當(dāng) α=177。 定子繞組為變壓器原邊 ， 轉(zhuǎn)子繞組為變壓器副邊 ， 激磁電壓加到原邊 。 由于碼盤具有 自數(shù)字顯示 及控制系統(tǒng)常用的重要部件 。 最外圈碼道代表最低位 （20位 ） ， 最內(nèi)圈碼道代表最高位 （ 圖示為 23位 ） 。 (三米絲桿測(cè)量裝置） 碼盤式檢測(cè)裝置 碼盤是一種 按角度 直接編碼的 角位移檢測(cè)裝置 。 光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)型式很多 ， 根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場(chǎng)合分為 直接接收式 讀數(shù)頭（ 或稱硅光電池讀數(shù)頭 ） 、 鏡象式 讀數(shù)頭 、 分光鏡式 讀數(shù)頭 、 金屬光柵反射式 讀數(shù)頭 。根據(jù)莫爾條紋與光柵線紋移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可知，當(dāng)標(biāo)尺光柵（主光柵）移動(dòng)一個(gè)柵距，光電元件檢測(cè)到的莫爾條紋變化一個(gè)周期 2π，其輸出是近似正弦波形的電壓信號(hào)。 若兩個(gè)光柵尺相對(duì)位移一個(gè)柵距 W， 莫爾條紋也移動(dòng)一個(gè)條紋間距 B，則光電元件輸出信號(hào)也就變化一個(gè)周期 ， 最后由數(shù)字顯示儀顯示出光柵尺 （ 運(yùn)動(dòng)件 ）的準(zhǔn)確位移 。 同理，可推出定尺上繞組合成感應(yīng)電勢(shì)為 （ 419） 特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合： 感應(yīng)同步器具有較高的檢測(cè)精度和分辨能力、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長、工藝性好、制造成本低，對(duì)使用環(huán)境無特殊要求。 2 xW??＝x—— 位移量； W—— 繞組節(jié)距； 感應(yīng)同步器工作方式（ 1） 按對(duì)激磁繞組供電電壓的形式 鑒相型工作方式 鑒幅型工作方式 si nc ossmcmU U tU U t??????? ? ?si n c os c os si n2si n si ns c m mmme e e k U t k U txk U t k U tW? ? ? ??? ? ?? ? ? ???? ? ? ?????1）鑒相型工作方式 這是根據(jù)感應(yīng)電勢(shì) 相位 檢測(cè)位移量的工作方式。由于 電磁感應(yīng) （互感），它們就會(huì)分別在定尺繞組上產(chǎn)生與激磁電勢(shì)同頻率的交變感應(yīng)電壓 es、 ec。一般稱 A繞組為正弦組，B繞組為余弦繞組。直線式感應(yīng)同步器的截面結(jié)構(gòu)，如圖 412所示。2 g e g m?? ? ? ?360 360 8 1532 2 3pm TK N m rad?? ?? ? ???（ 1）機(jī)械剛度引起的失動(dòng)量 Δeg 考慮到工作臺(tái)正反向移動(dòng)時(shí)，有相同的彈性變形量，所以絲杠軸向彈性變形所引起的失動(dòng)量為 由于左作臺(tái)起動(dòng)時(shí)磨擦力 Ff=1500N，所以當(dāng)工作臺(tái)開始移動(dòng)時(shí)，絲杠軸向彈性變形量為 （ 2）伺服剛度引起的失動(dòng)量 ΔSC 根據(jù)伺服系統(tǒng)要求，如取電機(jī)軸在單位脈沖下轉(zhuǎn)角 θ=3176。 工作臺(tái)：質(zhì)量 m=3000kg；磨擦阻力 Ff=1500N；最大移動(dòng)速度：高速級(jí) vH=6 102m/s，低速級(jí)vL= 102m/s。 齒輪箱：高速鏈傳動(dòng)比 iH=3,低速鏈傳動(dòng)比 1. 5；折算到電機(jī)軸的齒輪系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：高速鏈JGMH= 102kg （ 414） 式中 —— 傳動(dòng)件間隙引起的失動(dòng)量； —— 伺服剛度引起的失動(dòng)量； —— 機(jī)械系統(tǒng)剛度引起的失動(dòng)量。靜磨擦力客觀上助長了失動(dòng)現(xiàn)象，這是因?yàn)殪o磨擦力的存在，必然要增大驅(qū)動(dòng)力，相應(yīng)增加了彈性變形之故。 伺服機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)－質(zhì)量（慣量）和摩擦 在不影響剛度條件下，應(yīng)盡量減小各構(gòu)件質(zhì)量和慣量，這樣既可降低制造成本，又可提高伺服性能。cm/脈沖）； θ——單位脈沖下伺服電機(jī)軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角（176。 式中， K為縱向剛度； Km為扭轉(zhuǎn)剛度； m為質(zhì)量； J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 nLTT?②轉(zhuǎn)矩的選擇 電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 Tn，主要依據(jù)折算到電機(jī)軸上負(fù)載力矩 TL選定，即 如果電機(jī)工作在間斷工作區(qū)，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩可以小于負(fù)載力矩。 ④ 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的選擇 電機(jī)轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配 ， 否則將直接影響電機(jī)和整個(gè)伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能 。 直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速特性曲線如圖 49所示 。 定位轉(zhuǎn)矩則是依據(jù)斷電情況下 ， 設(shè)備是否要求定位而定 。 ?在負(fù)載能力允許范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化。 ?步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號(hào)變換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。 ②在總轉(zhuǎn)角誤差中， 低速級(jí)的誤差 占的 比重 較大，如本例的第一種情況中，末級(jí)占總誤差的 86%，因此末級(jí)采用精度等級(jí)較高的齒輪副，可顯著地減小總折算轉(zhuǎn)角誤差。 222 2 2 2 21 21[ ( ) ( ) ( ) ( ) ] ( 2 )2 2 2 2 4CtA B D Adid d d dW b g b g i i?? ? ?? ? ? ? ? ? ?10dWdi ?? ?42120tii?? 21 1 2 1 2,tti i i i i i i? ? ?又因 所以上述二級(jí)減速小功率傳動(dòng)裝置，則各齒輪重量之和 W為 式中 b—— 齒輪寬度； ρ——齒輪材料密度； g—— 重力加速度； dA， dB， dC， dD—— 分別為各齒輪直徑。 對(duì)于 閉環(huán)系統(tǒng) 除滿足加速要求外 ， 折算負(fù)載轉(zhuǎn)量 JL還應(yīng)與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JM合理匹配 。 額定轉(zhuǎn)矩 “折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小”原則（ 1） 確定傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的原則 （ 1） “ 折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小 ” 原則 ， 使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能 。折算到電機(jī)軸上的負(fù)載均方根力矩為 （ 42） 式中 MW—— 作用在負(fù)載軸上的瞬時(shí)工作力矩； MF—— 作用在負(fù)載軸上的瞬時(shí)磨擦力矩； εL—— 負(fù)載軸上的瞬時(shí)角加速度； T—— 載荷變化周期； it—— 總傳動(dòng)比。