伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)東北大學(xué)(參考版)
2025-05-10 22:25本頁(yè)面
【正文】 2022/6/4 62 2022/6/4 63 步進(jìn)電機(jī)與微機(jī)的接口技術(shù) 。 誤差有正有負(fù)，當(dāng)誤差為正時(shí)，表明實(shí)際的移動(dòng)距離大于理論的移動(dòng)距離，應(yīng)該采用扣除進(jìn)給脈沖指令的方式進(jìn)行誤差的補(bǔ)償，使步進(jìn)電機(jī)少走一步； 當(dāng)誤差為負(fù)時(shí)，表明實(shí)際的移動(dòng)距離小于理論的移動(dòng)距離，應(yīng)該采取增加進(jìn)給脈沖指令的方式進(jìn)行誤差的補(bǔ)償，使步進(jìn)電機(jī)多走一步。 2022/6/4 60 在步進(jìn)式開(kāi)環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，絲杠的螺距積累誤差直接影響著工作臺(tái)的位移精度，若想提高開(kāi)環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度，就必須予以補(bǔ)償。 在開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中，這種齒隙誤差對(duì)于機(jī)床加工精度具有很大的影響，必須加以補(bǔ)償。 2022/6/4 59 齒隙補(bǔ)償又稱反向間隙補(bǔ)償。 2022/6/4 58 若無(wú)細(xì)分，定子繞組的電流是由零躍升到額定值的，相應(yīng)的角位移如圖(a)所示。如十細(xì)分線路，將原來(lái)輸入一個(gè)進(jìn)給脈沖步進(jìn)電機(jī)走一步變?yōu)檩斎?10個(gè)脈沖才走一步。為此，需要從控制方法上采取一些措施，彌補(bǔ)其不足。 2022/6/4 57 提高步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精度的措施 步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量、機(jī)械傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以及控制電路的完善與否，減小步距角，采用精密傳動(dòng)副，減小傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)間隙等。 獲得階梯電流一般有兩種方法 ： 一是先產(chǎn)生時(shí)序脈沖 ， 放大后在電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)疊加 ， 電樞繞組是它們的公共負(fù)載； 二是先在加法器內(nèi)將時(shí)序脈沖疊加成階梯電壓 ， 后進(jìn)行放大 ， 在電樞內(nèi)獲得階梯電流波形 。 此時(shí)電流分成多個(gè)臺(tái)階 ， 則轉(zhuǎn)子就以同樣的步數(shù)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的固定步距角 。 在實(shí)際應(yīng)用中 ， 為了提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的分辨率 ， 要求對(duì)步距角進(jìn)一步細(xì)分 。 電壓隨頻率可以由不同的方法實(shí)現(xiàn) ， 如 分頻來(lái)調(diào)壓 、 隨電壓頻率線性地變化 等 。 而在高速使則用使電流前沿陡 ， 以產(chǎn)生足夠的繞組電流 ， 才能提高步進(jìn)電機(jī)的帶負(fù)載能力 。 但在低頻工作時(shí) ， 步進(jìn)電機(jī)的振蕩加劇 ， 甚至失步 。 要保證步進(jìn)時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩就需要提高供電電壓 。 由于采樣電阻 Re的反饋?zhàn)饔?， 使繞組中電流可以恒定在額定電流數(shù)值左右 ， 而且不隨步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化 ， 從而保證在很大的頻率范圍內(nèi) ， 步進(jìn)電機(jī)都能輸出恒定的轉(zhuǎn)矩 。 因?yàn)殡娐窡o(wú)外接電阻 Rc， 而采樣電阻 Re又很小 （ 一般 左右 ） ， 所以整個(gè)系統(tǒng)的功耗下降很多 ， 相應(yīng)地提高了效率 。 斬波驅(qū)動(dòng)電路 雖然復(fù)雜 ， 但它的優(yōu)點(diǎn)比較突出： （ 1） 繞組的脈沖電流邊沿陡 ， 快速響應(yīng)好 。 CMOS型：如 CH250為 16個(gè)管角的直插式封裝 2022/6/4 46 2022/6/4 47 2022/6/4 48 2022/6/4 49 2022/6/4 50 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 2022/6/4 51 高低壓驅(qū)動(dòng)電路 2022/6/4 52 （ 3）斬波驅(qū)動(dòng)電路 2022/6/4 53 三種驅(qū)動(dòng)電路電流波形 三種驅(qū)動(dòng)電路電流波形比較 2022/6/4 54 單電壓驅(qū)動(dòng)電路 的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單 ， 缺點(diǎn)是電流上升不夠快 ， 高頻時(shí)帶負(fù)載能力低 。 ① 硬件環(huán)行分配器 目前已經(jīng)有很多可靠性高 、 尺寸小 、 使用方便的集成電路脈沖分配器 。 2022/6/4 37 2022/6/4 38 2022/6/4 39 2022/6/4 40 2022/6/4 41 2022/6/4 42 2022/6/4 43 2022/6/4 44 2022/6/4 45 步進(jìn)電機(jī)的控制方法 由步進(jìn)電機(jī)的工作原理知道 ， 要使步進(jìn)電機(jī)正常一步一步地運(yùn)行 ，控制脈沖必須按一定的順序分別供給電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)脈沖分配 。 當(dāng)脈沖頻率很高時(shí)控制繞組中的電流不能達(dá)到穩(wěn)定值 ,故電動(dòng)機(jī)的最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩小于最大靜轉(zhuǎn)矩 。當(dāng)運(yùn)行頻率超過(guò)最高頻率是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)便無(wú)法工作。 下頁(yè)圖中每一頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。 其值遠(yuǎn)大于起動(dòng)頻率， 它也隨著電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載得性質(zhì)和大小而異，與驅(qū)動(dòng)電源也有很大關(guān)系。 起動(dòng)頻率的大小由許多因素決定 ， 繞組時(shí)間常數(shù)越小 ， 負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小 、步距角越小 ， 則起動(dòng)頻率越高 。 步進(jìn)電機(jī)加負(fù)載 （ 尤其是慣性負(fù)載 ） 時(shí)啟動(dòng)頻率比空載要低 。 2022/6/4 33 ① 起動(dòng)頻率 空載時(shí) ， 步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動(dòng) ，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行的最高頻率 ， 稱為空載起動(dòng)頻率 。 對(duì)于同樣負(fù)載轉(zhuǎn)矩來(lái)說(shuō) ， 正 、 反向起動(dòng)頻率和制動(dòng)頻率都是一樣的 ， 而連續(xù)工作頻率要高得多 。 所謂失步的內(nèi)容包括： 丟步和越步 。 2022/6/4 31 2022/6/4 32 （ 5） 連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)特性 __工作頻率 步進(jìn)電機(jī)的工作頻率是指電動(dòng)機(jī)按指令的要求進(jìn)行正常工作的最大脈沖頻率 。 2022/6/4 30 （ 4）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 右圖為三相步進(jìn)電機(jī)的矩角特性曲線，則相和 B相的矩角特性交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 在一定的通電狀態(tài)下 ，最大靜轉(zhuǎn)矩與繞組內(nèi)電流的關(guān)系 ，稱為 最大靜轉(zhuǎn)矩特性 。 2022/6/4 29 （ 3）最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 步進(jìn)電
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