伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)東北大學(xué)-文庫吧資料
2025-05-13 22:25本頁面
【正文】 機(jī)矩角特性曲線上電磁轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 。 穩(wěn)定平衡點(diǎn)只有一個(gè) 。 如果步進(jìn)電機(jī)空載 ， 則穩(wěn)定在平衡點(diǎn)為 θ= 0， 而 θ= 177。 2π ，轉(zhuǎn)子齒與另一個(gè)定子齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)矩又為零。 當(dāng)失調(diào)角小于 π 或大雨 +π 時(shí) ，該轉(zhuǎn)子齒已進(jìn)入了另一個(gè)定子齒的拉力范圍，轉(zhuǎn)矩方向趨于使轉(zhuǎn)子齒與下一個(gè)齒對(duì)齊。 在失調(diào)角 θ= 177。若 轉(zhuǎn)子齒的中心線對(duì)準(zhǔn)定子槽中心線 ，失調(diào)角 θ= 177。 2022/6/4 27 2022/6/4 28 在定子、轉(zhuǎn)子齒槽對(duì)準(zhǔn)時(shí)，定、轉(zhuǎn)子槽中心線重合 ，失調(diào)角為θ =0176?？梢酝ㄟ^調(diào)整相電流的方法，使電動(dòng)機(jī)矩角特性大致相同。描述靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與 θ 的關(guān)系叫作步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài) 矩角特性 。當(dāng)定子的相鄰極屬于不同的相時(shí)，在某一極下若定子和轉(zhuǎn)子的齒對(duì)齊時(shí)，則要求在相鄰極下的定子和轉(zhuǎn)子之間應(yīng)錯(cuò)開轉(zhuǎn)子齒距的 1/m。 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù) Zr，基本上由步距角的要求所決定。其中定子有 6個(gè)極，轉(zhuǎn)子有 40個(gè)齒。 一般在 10′ 30 ′ 的范圍內(nèi) 。 2022/6/4 23 步進(jìn)電機(jī)的主要特性 （ 1） 步距角和靜態(tài)步距角 （ 誤差 ） 步距角計(jì)算公式： 式中： m— 定子磁極項(xiàng)數(shù) z— 轉(zhuǎn)子齒數(shù) k— 通電方式相鄰兩次通電項(xiàng)數(shù)相同取 k=1；否則 k=2。 上述這種簡單結(jié)構(gòu)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角較大，如在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用就會(huì)影響到加工工件的精度。 此外 ， 由單一繞組通電吸引轉(zhuǎn)子 ， 也容易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生振蕩 ， 運(yùn)行的穩(wěn)定性差 ， 所以很少采用 。 如通電順序： A、 B、 C逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；如通電順序相反 ， 則順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 通電順序也可以 AABBBCCCA 2022/6/4 20 2022/6/4 21 2022/6/4 22 同一臺(tái)步進(jìn)電機(jī) ， 因通電方式的不同 ， 運(yùn)行時(shí)的步距角也是不同的 ， 采用單 、 雙拍通電方式時(shí) ， 步距角要比單拍通電方式減小一半 。 第二拍： B相勵(lì)磁繞組通電 ， C、 A勵(lì)磁繞組斷電 。 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)： （ 單段式三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu) ） ： 工作原理： 電磁吸合 轉(zhuǎn)子： 開槽形成齒 定子： 有磁極 以三相單三拍為例說明工作原理： 第一拍： A相勵(lì)磁繞組通電 ， B、 C勵(lì)磁繞組斷電 。 數(shù)控機(jī)床中使用較多的是 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 和 永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 2022/6/4 18 2022/6/4 19 （ 2）步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī) ， 每接受一個(gè)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)角度 ， 稱為 步距角 。 按工作相數(shù)分： 有三相 、 四相 、 五相 、 六相和八相等 。 按使用場(chǎng)合分：有功率步進(jìn)電機(jī)和控制步進(jìn)電機(jī) 。 ） 2022/6/4 17 （ 1） 步進(jìn)電機(jī)的分類 按運(yùn)動(dòng)方式分：有旋轉(zhuǎn)式 、 直線運(yùn)動(dòng)式 、 平面運(yùn)動(dòng)式和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)式 。 步進(jìn)電機(jī)的 最大缺點(diǎn) 是容易失步 ， 特別是在大負(fù)載和速度較高的情況下 ， 失步更容易發(fā)生 。 如果停電后某些相的繞組仍然保持通電狀態(tài) ， 則還具有自鎖能力 。 步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或電脈沖馬達(dá) 。 目前的步進(jìn)電機(jī)在脈沖當(dāng)量為 1微米時(shí) ， 最高移動(dòng)僅僅為 2m/min， 且功率越大 ， 移動(dòng)速度越低 ， 故主要用于速度與精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床及舊設(shè)備改造中 。 ? 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ， 除功率驅(qū)動(dòng)電路之外 ， 其它硬件電路均可由軟件實(shí)現(xiàn) ， 從而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ， 降低成本 ， 提高了系統(tǒng)的可靠性 。 （ 2） 相位比較伺服系統(tǒng) 在相位比較伺服系統(tǒng)中 ， 位置檢測(cè)裝置工作在鑒相工作方式 ， 將指令信號(hào) 和 反饋信號(hào) 都 變換成某種載波相位信號(hào) ， 通過兩個(gè)載波信號(hào)的相位比較 ， 獲得對(duì)應(yīng)的位置偏差 ， 給位置調(diào)節(jié)器 ， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制 （ 3） 幅值比較伺服系統(tǒng) （ 鑒幅式 ） 以 位置檢測(cè)信號(hào)得幅值大小 來反映機(jī)械位移得數(shù)值；指令位移信號(hào)同反饋位移信號(hào)進(jìn)行比較 (將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能與指令數(shù)字信號(hào)進(jìn)行比較 ) （ 4）全數(shù)字伺服系統(tǒng) 2022/6/4 15 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) ? 開環(huán)位置伺服系統(tǒng) 也叫步進(jìn)式伺服系統(tǒng) ， 其驅(qū)動(dòng)元件為步進(jìn)電機(jī) 。 此外 ， 刀庫位置控制是為了在刀庫的不同位置選擇刀具 ， 與進(jìn)給坐標(biāo)軸的位置控制相比 ， 性能要底得多 ， 故稱為簡易位置伺服系統(tǒng) 。 主要完成主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ， 提供切削過程中的轉(zhuǎn)矩和功率 ， 且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) ， 完成轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級(jí)變速 。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)完成各坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) ， 具有定位和輪廓跟蹤功能 ， 是數(shù)控機(jī)床中要求最高的伺服控制 。從 20世紀(jì) 80年代后期開始，大量使用交流伺服系統(tǒng)，到今天有些國家的廠家，已經(jīng)全部使用交流伺服系統(tǒng)。 還有交流電機(jī)的容量可以比直流電機(jī)造得大 ， 達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速 。交流伺服電機(jī)沒有這些缺點(diǎn) ， 且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小 ， 使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 。 自 20世紀(jì) 70年代至 80年代中期 ， 在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用占絕對(duì)統(tǒng)治的地位 ， 至今許多數(shù)控機(jī)床上仍然使用這種電機(jī)的直流伺服系統(tǒng) 。 此外 ， 它還有一個(gè)特點(diǎn)是可在低速下運(yùn)轉(zhuǎn) ， 如能在 1r/min甚至在 。
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