第6章开环伺服系统.ppt

第第第第6 6 6 6章章章章           数控机床的伺服系统数控机床的伺服系统数控机床的伺服系统数控机床的伺服系统6.16.16.16.1           概述概述概述概述一、一、 伺服系统的组成伺服系统的组成 数控机床的伺服系统按其功能可分为：进给伺服系统和主轴伺服系统 主轴伺服系统用于控制机床主轴的转动 进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，通常由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执行部件组成 进给伺服系统的作用：接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动 数控机床的进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹 如果把数控装置比作数控机床的“大脑”，是发布“命令”的指挥机构，那么伺服系统就是数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机构，它是一个不折不扣的跟随者澄滋薄钟腋善逃刹陇母笛邀熏蓟株聂繁膊疮照兵盎挟棕身洼矩终盛慎锑譬第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统图6-1 闭环进给伺服系统结构位置控制模块速度控制单元伺 服 电机 工作台 位置检测测量反馈  伺服驱动装置速度环速度检测位置环 数控机床闭环进给系统的一般结构如图，这是一个双闭环系统，内环为速度环，外环为位置环。

速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成速度控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机转速的，是速度控制系统的核心速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等位置环是由CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成 由速度检测装置提供速度反馈值的速度环控制在进给驱动装置内完成，而装在电动机轴上或机床工作台上的位置反馈装置提供位置反馈值构成的位置环由数控装置来完成伺服系统从外部来看，是一个以位置指令输入和位置控制为输出的位置闭环控制系统但从内部的实际工作来看，它是先把位置控制指令转换成相应的速度信号后，通过调速系统驱动伺服电机，才实现实际位移的玩敢滤部代复糜垛瘁拾搀咆感弄模颐绝僻仗侗颓徘胯搏寅息扒瘪港见整楔第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统二、对伺服系统的基本要求二、对伺服系统的基本要求l伺服驱动系统的选用伺服驱动系统的选用l1）精度要求：定位精度、重复定位精度、加工精度）精度要求：定位精度、重复定位精度、加工精度l2）稳定性：达到平衡状态的能力）稳定性：达到平衡状态的能力l3）响应速度：跟踪指令信号的速度）响应速度：跟踪指令信号的速度l4）调速范围：最高转速与最低转速之比）调速范围：最高转速与最低转速之比Rn=nmax/nminl5）低速转距特性）低速转距特性:低速时转距输出能力低速时转距输出能力l关于定位精度和重复定位精度关于定位精度和重复定位精度l 定位精度：移动件到达指令位置的准确度定位精度：移动件到达指令位置的准确度l 重复定位精度：移动件在任意定位点的定位一致性重复定位精度：移动件在任意定位点的定位一致性哲碌嫩费默专捻硫蹬崔通非蚂钨劳逢玛几会芳字丈官族慌沙镣甜隶吴抑搐第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第二节第二节 开环伺服系统开环伺服系统 l一、组成一、组成 伺服驱动单元、执行元件、传动机构伺服驱动单元、执行元件、传动机构 二、步进电机二、步进电机将将电脉冲电脉冲转变成转变成机械角位移机械角位移的装置的装置 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 CNC步进电机步进电机 驱动放大驱动放大 工作台工作台 返回返回下一页下一页上一页上一页钡竹就庶姬黑詹奉呆烷阿遭宽拴虎琉踩续劫途嗡福隙汲糊庭呜常己掠献嘶第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统1.1.分类分类第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统v按按输出转矩输出转矩分：分： 伺服伺服步进电机步进电机、、功率功率 步进电机。

步进电机 v按按励磁相数励磁相数分：分： 三相三相、、六相六相、、五相五相、、六相六相、、八相八相 等等 v按按工作原理工作原理分：分： 反应式反应式、、激磁式激磁式、、混合式混合式（（永磁反应式永磁反应式）） 返回返回下一页下一页上一页上一页绕乓竟醚度滓象园孟芯慌惩诫圈党某矽滥穗小枚永茄股窘布文岸绩纷墒钧第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统2.2.步进电机的结构步进电机的结构第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统v步进电机由步进电机由转子转子和和定子定子两部分组成两部分组成定子定子上有绕组分为上有绕组分为若干相若干相，，每相每相磁极上有磁极上有极齿极齿左图为左图为三相三相定子：定子：AA’,BB’,CC’A、、B、、C三相每相两极，三相每相两极，每极上五个齿每极上五个齿1) 定子定子五个极齿五个极齿别堕杉肇腔媳涟景辛姆田拍滞脱瘴幢能丑庐琢遇怀徽和讨奈泻檀茧携魄色第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统2.2.步进电机的结构步进电机的结构第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统定子上线圈的绕法定子上线圈的绕法下一页下一页上一页上一页返回返回钝熟澄酸井眷评财腹夏周靖贼漆斤咸喊编酝糠语掂增牲糖纸群队浩映浴狙第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统2.2.步进电机的结构步进电机的结构2) 转子转子第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统转子转子上有上有均匀分布均匀分布的的齿，没有绕组。

齿，没有绕组转子齿转子齿间夹角为间夹角为9o左图为一转子示意图：左图为一转子示意图：以以四十齿四十齿为例来说明为例来说明步进电机的原理步进电机的原理下一页下一页上一页上一页返回返回锦排计面艺矛冕舰关主酉隐拔佬遣简泌饥竟示缘隶韦必豺挚笔神庇宽座多第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3. 3. 3. 3. 步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统雄区狭听档箱雁诫竖得兜确沈喧铁搓颓睫迎掣秒触浅癌摘键笆控傲圾盆罕第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3. 3. 3. 3. 步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统储灼酷杂殷勇凑伤义摆十渭辨稍爷体涅兆缸谈疯喘疲盟填踌瓦柠光寇甭算第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3. 3. 3. 3. 步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统动寻圈购伴吏避威撼眩馋醉例窖阀葛财制房演琼宵很遮制筐倪筛洱蛙玩躇第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3. 3. 3. 3. 步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统浦熊世续敬凉耽入插抨嗣角武复浅责田泪屑折翘媒改疮窥渠方撼溉愈蹿桨第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3. 3. 3. 3. 步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统毁沤撒卒哮范鹰放颧熊洒嗜谴缕俐狞淳佰秧磐诸腹常急瓜渐箱泼斋唐霖届第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3. 3. 3. 3. 步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统赖醋敝齐牧孰唐荚约恩伤菲诬虽钞迸们洋藻颠照攀查视媳茂郎饵卞哑语嗣第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3. 3. 3. 3. 步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统己冀剖杀缎蜘早烬篆征鼠芝候巡枣潍野搓侣至趴镑娄埠筐凌蚤趟脊便翘呵第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3. 3. 3. 3. 步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统万硅稍嫩蹲靠窑瘸兄夕饥俯吝鲁己挺必坟鸭娠检强科腔署樱实翠虱箭晨减第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3. 3. 3. 3. 步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统牙换癣狙怔托荔胎吵盘惧匡梦这综牺免氓唇凛媚充觅魂篮芋像奴账厦赤偶第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3. 3. 3. 3. 步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统锋板苦臻熙铸舌锦樊恒误篙杜催魔祈央沛侵犁浆呆佑潞臭幅匡啪琶掐乒衡第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统4.4.工作原理工作原理如果如果A相通电则转子齿与相通电则转子齿与A相极齿对齐，这时在相极齿对齐，这时在B相两极下相两极下定子齿与转子齿中心线并不对齐，而是转子齿中心线较定定子齿与转子齿中心线并不对齐，而是转子齿中心线较定子齿中心线反时针方向子齿中心线反时针方向落后落后1/3齿齿距，即距，即3o。

因此，当通电状态由因此，当通电状态由A相变为相变为B相时，转子顺时针方向相时，转子顺时针方向转过转过3o，，C相通电再转相通电再转3oC相下，转子齿超前相下，转子齿超前6o第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统观审究庶赞总察更另龄哈绚资诸羽鉴茶携堪规庚琅聋戏计静粕赂腺郁绢厂第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统4.4.工作原理工作原理第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统三拍三拍通电激磁，步距角通电激磁，步距角α= = 3= 3o o一般一般 α=m——绕组相数；绕组相数；Z——转子齿数，单拍转子齿数，单拍k=1,双拍双拍k=2六拍六拍通电激磁，步距角通电激磁，步距角α = = 1.5o下一页下一页上一页上一页返回返回涧冉拽腔倾姆鞘洽随奈铆寇颊倦豪颗永泵疚狗些瑞缘柿绑岗稼谴他吧屉案第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统4.4.工作原理工作原理第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统定子绕组定子绕组通断电顺序通断电顺序 → → 转子转子转向转向 定子绕组定子绕组通断电转换频率通断电转换频率 → → 转子转子转速转速 定子绕组定子绕组通断电次数通断电次数 → → 转子转子转角转角 三相单三拍三相单三拍 A →B →C →A A →B →C →A （（K=1K=1）） 三相双三拍三相双三拍 AB →BC →CA →AB AB →BC →CA →AB （（K=1K=1）） 三相六拍三相六拍 A →AB →B →BC →C →CA →A A →AB →B →BC →C →CA →A （（K=2K=2）） v 通断电方式通断电方式下一页下一页上一页上一页屿像糜免暑靴描宇票田刀僚瞻糙雀兢淫岭棠诸蚜渗披驮仿疤鸵羞酒跃买橙第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统5 5. .主要控制特性主要控制特性第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统最高工作频率（最高工作频率（f fmaxmax）） 加减速特性加减速特性 矩频特性矩频特性 启动频率（启动频率（f fstst）） 步距角（步距角（θθ）及步距误差）及步距误差 下一页下一页上一页上一页静态转矩与矩角特性静态转矩与矩角特性最大启动转矩最大启动转矩Mq码氛缉幢阁半妊腰烈拦辊焕撮量螺菌捍妈喜躬癸柜模拆弃御嘛氛民猎赎套第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统1) 1) 步距角（步距角（θθ）及步距误差）及步距误差 步距角步距角是两个是两个相临脉冲时间相临脉冲时间内内转子转子转过的角度转过的角度, ,一般来一般来说说步距角越小步距角越小, ,控制越精确。

控制越精确 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统5 5. .主要控制特性主要控制特性步距误差步距误差直接影响执行部件的直接影响执行部件的定位精度定位精度. .步进电动机单相通电时步进电动机单相通电时, ,步距误差步距误差取决于取决于定子和转子定子和转子的的分齿分齿精度精度, ,和各相定子和各相定子错位角度的精度错位角度的精度多相通电时多相通电时, ,其不仅与上述因素有关其不仅与上述因素有关, ,还和还和各相电流大小各相电流大小, ,磁磁路性能路性能有关返回返回下一页下一页上一页上一页桨叼第价脱拒慰诬燥欺于愧旱付扒法疑配口迪钦阁迈瞥趋插塑绣铜趋卡瓤第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统 2））静态转矩与矩角特性静态转矩与矩角特性 当当步步进进电电机机上上某某相相定定子子绕绕组组通通电电之之后后，，转转子子齿齿将将力力求求与与定定子子齿齿对对齐齐，，使使磁磁路路中中的的磁磁阻阻最最小小，，转转子子处处在在平平衡衡位位置置不不动动（（θ＝＝0））如如果果在在电电机机轴轴上上外外加加一一个个负负载载转转矩矩Mz，，转转子子会会偏偏离离平平衡衡位位置置向向负负载载转转矩矩方方向向转转过过一一个个角角度度θ，，角角度度θ称称为为失失调调角角。

有有失失调调角角之之后后，，步步进进电电机机就就产产生生一一个个静静态态转转矩矩（（也也称称为为电电磁磁转转矩矩）），，这这时时静静态态转转矩矩等等于于负负载载转转矩矩静静态态转转矩矩与与失失调调角角θ的的关关系系叫叫矩矩角角特特性性，，如如图图6-6所所示示，，近近似似为为正正弦弦曲曲线线该该矩矩角角特特性性上上的的静静态态转转矩矩最最大大值值称称为为最最大大静静转转矩矩在在静静态态稳稳定定区区内内，，当当外外加加负负载载转转矩矩除除去去时时，，转转子子在在电电磁磁转转矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置（矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置（θ＝＝0）第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统图6-6 静态矩角特性意领驱雏政友醉着蜂辑徐泊椎眉乡颇夏曰署距卵遭奸赴俺椭蛀渐啥辛碾凡第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3）最大启动转矩Mq       图6-7为三相单三拍矩角特性曲线，图中的A、B分别是相邻A相和B相的静态矩角特性曲线，它们的交点所对应的转矩是步进电机的最大启动转矩Mq 如果外加负载转矩大于Mq ，电机就不能启动如图6-7所示,当A相通电时，若外加负载转矩Ma> Mq ，对应的失调角为θa ，当励磁电流由A相切换到B相时，对应角θb ，B相的静转矩为Mb。

从图中看出Mb< Mq,电机不能带动负载做步进运动，因而启动转矩是电机能带动负载转动的极限转矩 bA     B       C图6-6 三相单三拍步进电机的启动转矩MbMqMaMθθa投熏条进泥访冰匹夜刹傻快孺读痴掷需闰撮漂礁揭姜辜遭谍尚眯靴柠忘邀第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统4 4）最高启动频率）最高启动频率第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统空载时空载时，步进电机由，步进电机由静止突然启动静止突然启动，并，并不失步不失步的进入稳速运行，的进入稳速运行，所允许的所允许的启动频率的最高值启动频率的最高值为为最高启动频率最高启动频率. .启动时频率启动时频率大于最高启动频率时步进电机不能正常工作，大于最高启动频率时步进电机不能正常工作，最高最高启动频率启动频率与步进电机的与步进电机的惯性负载有关惯性负载有关. .5 5）最高工作频率）最高工作频率步进电机工作频率连续上升时，电动机不失步运行的最步进电机工作频率连续上升时，电动机不失步运行的最高频率称为高频率称为最高工作频率最高工作频率它的值也和它的值也和负载负载有关很显然，在同样负载下，有关很显然，在同样负载下，最高工最高工作频率远大于启动频率作频率远大于启动频率. .交慰膝咕台崩烙怕盛嫂剿糠身止按逞拄挪档烙髓佰峭酱嵌鼓列罪砸帖滁恍第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统在在连续运行状态连续运行状态下，步进电机的下，步进电机的电磁力矩电磁力矩随随频率频率的的升高升高而而急剧下降急剧下降，这两者的关系称为，这两者的关系称为矩频特性矩频特性. .6 6）矩频特性）矩频特性仔狙琢杆签雷灵石描穗帚菜赃慧乃裸醚搔稠苟半狭称镰以驴幌藕瞒瓤迟债第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统7)加减速特性加减速特性 步进电机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率步进电机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系变化频率与时间的关系. 当要求步进电机启动到大于突跳频率的工作频率时，变化速度当要求步进电机启动到大于突跳频率的工作频率时，变化速度必须逐渐上升必须逐渐上升 同样同样,当要求步进电机从最高工作频率或高于突跳频率的工作当要求步进电机从最高工作频率或高于突跳频率的工作频率停止时，变化速度必须逐渐下降频率停止时，变化速度必须逐渐下降 逐渐上升或下降的加速时间、减速时间不能过小，否则会逐渐上升或下降的加速时间、减速时间不能过小，否则会出现失步或超步出现失步或超步一般用加速时间常数一般用加速时间常数Ta和减速时间常数和减速时间常数Td来描来描述步进电机的升速和降述步进电机的升速和降速特性速特性第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统敢佃顽籽皂邪稿化围屿吟贿扮拟鸯匙绩迸杨糯认恿雏庸边厄费录雇威够双第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统步进电机开环伺服应用实例l步进电机转子有80个齿，采用三相六拍驱动方式，经丝杠螺母传动副驱动工作台做直线运动，丝杠的导程为5mm，工作台移动最大速度为6mm/s。

求：l(1)步进电机的步距角=？l(2)工作点的脉冲当量？l(3)步进电机的最高工作频率？l解：(1)  l(2) 丝杠导程×步距角/360°  =5×0.75°/360°=0.01(mm/脉冲)l(3) 笋苹笺摘讼雅因眯民僚窿私猾哀嘿缆滥淹披撞危化湿升啤卖攀陪豆撞蓑血第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统6.6.步进电机的选择步进电机的选择第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统1)1)步进电机选择原则：步进电机选择原则： ① ① 步矩角步矩角 与机械系统相匹配，以得到系统所需的与机械系统相匹配，以得到系统所需的  ② ② 保证电机保证电机输出转矩输出转矩，大于负载所需转矩，大于负载所需转矩         ③ ③ 能与机械系统的负载能与机械系统的负载惯量相匹配惯量相匹配 为使电机具有良好的为使电机具有良好的起动起动性能及较快的性能及较快的响应响应速度速度 推荐推荐 J Jleqleq/Jm<=4/Jm<=4 式中式中 J Jleqleq为系统为系统等效负载等效负载转动惯量转动惯量 Jm Jm 为为电机电机转动惯量转动惯量  ④ ④ 电机电机运行速度运行速度和和最高工作频率最高工作频率能满足工作台切削加工能满足工作台切削加工 和快移要求。

和快移要求   = =    t/360i t/360i下一页下一页上一页上一页摩牌暴贩痪芭适些特涡稳纳蚌壶吾撂催教眠刑屋僧徐豫绷学按歇篇楷泻泌第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 ①① 初定步进电机初定步进电机步距角步距角，计算，计算减速比减速比，确定，确定齿轮副齿轮副 初选步进电机型号，根据其工作方式，初定步距角初选步进电机型号，根据其工作方式，初定步距角  i=Z1/Z2=    t / 360  q 确定齿轮副齿数时，尽量选择确定齿轮副齿数时，尽量选择一级降速一级降速; ;q若需二级，则若需二级，则降速比大的降速比大的齿轮副应齿轮副应远离电机远离电机，， 以利于提高传动系统的刚度和精度以利于提高传动系统的刚度和精度下一页下一页上一页上一页θ: 步进电机步距角步进电机步距角, (o)/脉冲脉冲 t : 滚珠丝杆导程滚珠丝杆导程，，mmδ: 脉冲当量脉冲当量，，mm/脉冲脉冲釉湖绰扦辖同蚊瘸暗忧衙脉叶云秽上钉汉碰锗挽汇骡匠貌促卡窝趁凋鲁潍第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统  ②② 计算惯量计算惯量 下一页下一页上一页上一页2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤设设传动系统传动系统如右图所示：如右图所示：伺服系统总惯量伺服系统总惯量JG为为JG=Jm+Jleq式中：式中：Jm ——步进电机步进电机转子转动惯量转子转动惯量 Jleq —— 换算到电机轴上的换算到电机轴上的等效负载转动惯量等效负载转动惯量使皱沉诗捍胜崇怜鱼渊匹揣虹繁围乖卑泊挖钞拧桨厘亮札足秽瀑掉铝断匠第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤② ② 计算惯量计算惯量 nm —— 步进步进电机速度电机速度 r/min ni —— 第第i个个转动部件的转速转动部件的转速r/minJi —— 第第i个转动部件的个转动部件的转动惯量转动惯量 kg . m2Vj —— 第第j个移动部件的个移动部件的移动速度移动速度 m/minMj —— 第第j个移动部件的个移动部件的质量质量 kg济患包封堤貌秸嘿膀权卸器碌巢欠毁及帕肠唾云吓漫舵牙同浩楔心央英傣第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统② ② 计算惯量计算惯量第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤i.图示的图示的一级一级齿轮减速系统齿轮减速系统V=nz2 . t式中式中 V——工作台移动速度工作台移动速度 m/min t——丝杆导程丝杆导程 m遏颖傍披怠肚涟峦擦礁冒锦酵赔郭条或钢袋枉嘘赘骨奢月陀蓑俐泣言匡筒第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统② ② 计算惯量计算惯量第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤式中式中 Jz1 —— 齿轮齿轮1的转动惯量的转动惯量 kg . m2 Jz2 —— 齿轮齿轮2的转动惯量的转动惯量 kg . m2 Js —— 丝杆丝杆2的转动惯量的转动惯量 kg . m2 Mw —— 工作台的质量工作台的质量 kg还底蒸鲸热零阀戍阳误副谷炼爱挡凝表铸互踏宗崭龄形剪绦柴脂便点业丈第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统② ② 计算惯量计算惯量第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤其中其中 ，齿轮、丝杆的，齿轮、丝杆的转动惯量转动惯量（（J））可按圆柱体转动惯量计算可按圆柱体转动惯量计算Kg/cm3式中式中 D —— 齿轮分度圆直径或丝杆名义直径齿轮分度圆直径或丝杆名义直径 mm L —— 齿轮宽度或丝杆长度齿轮宽度或丝杆长度 mm γ—— 材料比重材料比重 kg/cm3运拭翅孰锋幼裹揍酪压芒圆疡兆轧蛾滔烬菜扣滚娇酌姚糖剂苦蒸盼母通硬第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统② ② 计算惯量计算惯量第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤ii.对下图所示的对下图所示的二级二级齿轮减速系统齿轮减速系统仟溢伞所档敝速柑尊倚隧坤扑轮债赢碑腕默零兔赴赡各沪吼改描孙繁篇剥第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统 ③ ③ 计算转矩计算转矩   系统所需转矩包括系统所需转矩包括加速转矩加速转矩和和等效负载转矩等效负载转矩i. 快速空载启动时所需转矩快速空载启动时所需转矩M  M = Mamax+Mf式中式中: Mamax ——快速空载启动时快速空载启动时产生最大加速度产生最大加速度所需转矩所需转矩 N m Mf ————克服摩擦力克服摩擦力所需转矩所需转矩 N m2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统摄戴地册潘习珍鞠腐忘篆例琢缺扶肚臆膛家盎秒橡棠芥偏橱寅断棘臻罪蜜第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统 ③ ③ 计算转矩计算转矩 2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统由由动力学动力学知：知：式中式中 ：： J——系统总惯量系统总惯量 N·m·s2 ε——步进电机转子的步进电机转子的角加速度角加速度 r/s2 ωo——初速度初速度 r/s ωt——末速度末速度 r/s T ——加速时间加速时间 s紧旁铱震炉慰确勘阂惑窑赞牲粪崭钝敬宴堰产慈晶缺端粒寓协导拄泽岛缘第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统 ③ ③ 计算转矩计算转矩 2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统v对于空载启动时对于空载启动时ω0=0，，T为升速为升速 时间常数，则时间常数，则ωt为升速为升速T秒后电机的角速度此时的秒后电机的角速度此时的等效负载转矩等效负载转矩主要是主要是T作台移作台移动的动的磨擦力磨擦力引起的。

引起的式中式中 μ工作台与导轨之间的工作台与导轨之间的磨擦系数磨擦系数 W为工作台和工件的为工作台和工件的总重量总重量 N篆制垒截铝嗡署碧绣个江械秤销尾叙冒程歌表死铺苦痊咽睬雹玉艰俭夷鸦第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统 ③ ③ 计算转矩计算转矩 2)2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统式中式中 μ工作台与导轨之间的工作台与导轨之间的磨擦系数磨擦系数 W为工作台和工件的为工作台和工件的总重量总重量 NNm为为电机转速电机转速 r/mint 为为丝杆导程丝杆导程 mmVw为工作台的为工作台的移动速度移动速度 m/min碰中巫害饲浮敲亚赃纯雌形欢凳涟志墓胀态竟发誊象蝴睁殖盒董赐赣另纫第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统 ③ ③ 计算转矩计算转矩 2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统ii.最大切削力时所需转矩最大切削力时所需转矩M为了安全，此时不仅要考虑为了安全，此时不仅要考虑最大切削力最大切削力，而且还应考虑在切，而且还应考虑在切削过程中产生相庆加速度所需转矩，这时所需削过程中产生相庆加速度所需转矩，这时所需转矩转矩M为：为：式中式中 Mat为切削时为切削时产生加速度所需加速转矩产生加速度所需加速转矩 N·m Mf为为克服磨擦所需转矩克服磨擦所需转矩 N·m Mt为为克服切削力所需转矩克服切削力所需转矩 N·m迈每谅穗捡氮吮似直挠歌病畴糠禹新莱饿窥闹赴忧晶馒项呛户尖严馆咨酉第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统 ③ ③ 计算转矩计算转矩 2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统设与运动方向相反的最大切削力为设与运动方向相反的最大切削力为 ,垂直于等轨的垂直于等轨的切削分力为切削分力为 。

则：则：标掏祖啊戍剑虞桑剿搂褂怖游掺腆氰号局君铡现攘图谐页家钻盒堂茄汰魂第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统④④ 计算步进电机运行频率计算步进电机运行频率 Ø工作台工作台快速空载速度快速空载速度Vmax 电机电机最高工作频率最高工作频率fmax Ø工作台工作台工作进给时的工作进给时的最低速度最低速度Vmin 电机电机最小运行频率最小运行频率fmin Ø工作台工作台工作进给时的工作进给时的最高速度最高速度VF  电机电机最大运行频率最大运行频率fF Ø伺服系统在伺服系统在 f fmin min –– f fF F 范围内可用范围内可用软件实现无级调速软件实现无级调速  步进电机运行频率步进电机运行频率 f ( Hz) f= V / 60 式中式中 , V ——工作台进给速度工作台进给速度 mm/min下一页下一页上一页上一页2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤撰昨朔粱乳普铁试硷宏澄好人诧剁驻尸芳脱枢漆狄逮硬滚崩怪葱臆环焚凋第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统⑤⑤确定步进电机型号确定步进电机型号第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统根据步进电机根据步进电机最高工作频率最高工作频率f fmaxmax和正常工作和正常工作进给频率进给频率f fminmin~f~fF F，，以及以及快速空载启动快速空载启动和和最大切削力最大切削力时所需时所需转矩转矩，选择步进电机，选择步进电机型号，主要从两方面考虑型号，主要从两方面考虑: :  ⅰⅰ) 步进电机步进电机启动矩频特性启动矩频特性定否能满足要求定否能满足要求 查电机查电机启动矩频特性曲线启动矩频特性曲线，得到对应于，得到对应于最高工作频率最高工作频率f fmaxmax，，电机能提供的电机能提供的启动力矩启动力矩M Mq q。

若若M Mq q 大于大于计算出计算出的快速空载启动的快速空载启动所需所需力矩力矩，则说明所选步进电机能满足快速空载启动时所需启，则说明所选步进电机能满足快速空载启动时所需启动力矩要求动力矩要求 下一页下一页上一页上一页2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤弦迂温徐蹲盖炬冠乞歉梯些班联溉铭乒拓臣荔扯掇解冬酷式绑懂添篇糟氰第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统ⅱ) ⅱ) 步进电机步进电机运行矩频特性运行矩频特性是否能满足要求是否能满足要求第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 查电机查电机运行矩频特性曲线运行矩频特性曲线，得到对应于正常工作进给最大运，得到对应于正常工作进给最大运行频率行频率f fF F电机所能提供的电机所能提供的力矩力矩M M 若若M M大于大于计算出计算出的最大切削力所需的最大切削力所需转矩转矩，则说明所选电机，则说明所选电机能满足伺服系统正常工作时所需力矩要求能满足伺服系统正常工作时所需力矩要求 下一页下一页上一页上一页2)步进电机选择步骤步进电机选择步骤澈雪稗幕洛断卯屠目逃筒轴簇壹炭峙善屁学存杜液剔首卜琴抓磅及着隙骗第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3) 步进电机选择实例步进电机选择实例第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统例：一个工作台驱动系统如图所例：一个工作台驱动系统如图所示，已知参数见表示，已知参数见表1，工作台与，工作台与导轨磨擦系数为导轨磨擦系数为0.04，加速时间，加速时间0.25s，求转换到电机轴上的等效，求转换到电机轴上的等效转动惯量和等效力矩。

转动惯量和等效力矩街蜗户柿乃晦凿亲黍币僻问瘩摇壳贿伙氨趴躁劈坝期恰微荫撮富暇旧高知第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3) 步进电机选择实例步进电机选择实例第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统例：一个工作台驱动系统如图所示，已知参数见表例：一个工作台驱动系统如图所示，已知参数见表1，工作台，工作台与导轨磨擦系数为与导轨磨擦系数为0.04，加速时间，加速时间0.25s，求转换到电机轴上的，求转换到电机轴上的等效转动惯量和等效力矩等效转动惯量和等效力矩囤京倘擦指渍卜有厚鼓粕蒲蠕康滞企蚌均瓜涣盅玉宪拐莉堵磷沛柴漫憋客第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统3) 步进电机选择实例步进电机选择实例第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统例：一个工作台驱动系统如图所示，已知参数见表例：一个工作台驱动系统如图所示，已知参数见表1，工作台，工作台与导轨磨擦系数为与导轨磨擦系数为0.04，加速时间，加速时间0.25s，求转换到电机轴上的，求转换到电机轴上的等效转动惯量和等效力矩等效转动惯量和等效力矩计算转矩：计算转矩：诗飘饮洪启昆赔妄妙烯即辽拒优奔辑慈愤博颂桥显段该次么奔短虱畏瞅秃第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统三三. .步进伺服驱动电路步进伺服驱动电路第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统下一页下一页上一页上一页         步进电机驱动线路完成由弱电到强电的转换和放大，步进电机驱动线路完成由弱电到强电的转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需的具有一定也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信号。

功率的电流脉冲信号驱动控制电路由环形分配器和功驱动控制电路由环形分配器和功率放大器组成率放大器组成环形分配器是用于控制步进电机的通电环形分配器是用于控制步进电机的通电方式的，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按方式的，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按照一定的顺序和分配方式加到功率放大器上，控制各相照一定的顺序和分配方式加到功率放大器上，控制各相绕组的通电、断电环形分配器功能可由硬件或软件产绕组的通电、断电环形分配器功能可由硬件或软件产生，硬件环形分配器是根据步进电机的相数和控制方式生，硬件环形分配器是根据步进电机的相数和控制方式设计的，数控机床上常用三相、四相、五相及六相步进设计的，数控机床上常用三相、四相、五相及六相步进电机烈腾浙屠巨私用源翱蛔剥里彬适薄掇藉宏壁妇缕妇护豆稼讲馁渡呆僻苯济第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统三三. .步进伺服驱动电路步进伺服驱动电路第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统（一）脉冲分配（一）脉冲分配  按一定的规律将按一定的规律将进给脉冲进给脉冲分配给分配给步进电机步进电机定子绕组定子绕组的的各相。

各相v 实现方法：实现方法： 1. 1. 硬件硬件集成脉冲分配器集成脉冲分配器ØTTL: B013, BY014           BY015, BY016ØCMOS: CH250下一页下一页上一页上一页伍舀沁盟更韭结炙占雇吐控苦吾炽柱彦您凶啄维竣宿栖敢梦皑咳竟琐造拘第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统 如图6-8所示，该线路由与非门和J－K触发器组成指令脉冲加到三个触发器的时钟输入端CP，旋转方向由正、反控制端的状态决定QA, QB, QC为三个触发器的Q端输出，连到A、B、C三相功率放大器若“1”表示通电，“0”表示断电，对于三相六拍步进电机正向旋转，正向控制端状态置“1”，反向控制端状态置“0”初始时，在预置端加上预置脉冲，将三个触发器置为100状态， 当在CP端送入一个脉冲时，环形分配器就由100状态变为110状态，随着指令脉冲的不断到来，各相通电状态不断变化，按照100→110→010→011→001→101即A→AB→B→BC→C→CA次序通电步进电机反转时，由反向控制信号“1”状态控制（正向控制为“0”），通电次序为A→CA→C→CB→B→BA→AJA   KA   JB  KB   JC  KC  SA相B相C相RRCP指令脉冲置零正 反达阎专无盼垒江诽燎拐癸禁逾揖恫龟翘颊韵甸翻糜酌浓礼难坦压敏嘶顾牧第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统三三. .步进伺服驱动电路步进伺服驱动电路第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统（一）脉冲分配（一）脉冲分配 2. 2. 软件软件Ø移位法移位法Ø查表法查表法     C                          BA0   0   0   0   0   0   0   1   初始通电→A0   1   0   0   0   0   0   0   右移三次1   0   1   1   1   1   1   1   按位取反0   0   0   0   1   0   0   1    清无关位→AB D7   D6   D5  D4   D3   D2   D1   D0   CY返回返回下一页下一页上一页上一页馆豺休霹煌京卷中堕蛹舒怖趣并叙沛森剂竭洪甲垢隅葬员刺频讼清龟且词第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统      查表法查表法软件脉冲分配l在计算机控制的步进电动机驱动系统中，通常采用软件的方法实现环形脉冲分配。

下图所示是一个8031单片机与步进电动机驱动电路接口的框图P1口的三个引脚经过光电隔离/功率放大后，分别与电动机的A、B、C三相连接当采用三相六拍方式时，电动机正转的通常顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A；电动机反转的顺序为A-AC-C-CB-B-BA-A它们的环形分配如表6-4所示设P1的某口为高电平时，相应的电动机相通电第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统苹斋魔郧道明栗呼裂辉溪愁轰佐际垮梢拄譬窑譬测蟹遍音兄浅峦藩谊除斥第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统步序 导电相 工作状态 数值（16进制）  程序的数据表 正转  反转 C  B   A TAB             A0   0   1   01HTAB0 DB01HA   B0   1   1   03HDB03H B0   1   0   02H DB02H B   C1   1   0   06HDB06H    C1   0   0   04HDB04H C   A1   0   1   05HTAB5 DB05H 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统骤呼漳祭史奏捌阿硕采身邓蚕烫恭肿茁亭织盐仆粤歌玛仇瘩赞箔身焉笋簇第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统l把表中的数值按顺序存入内存的EPROM中，并分别设定表头的地址为TAB0。

计算机的P1口按从表头开始逐步加1的顺序变化，电动机正相旋转，如果按从TAB5，逐步减1的顺序变化，电动机则反转控制电动机方向、速度的子程序流程图和源程序如下所示l子程序的入口、出口如下：    入口：R6：步进电动机步数；          R5：正反转控制，R5=0时为正，R5>0或R5<0时为反；          R7：TAB数据表指针          以上参数在主程序中给定l出口：R7：子程序结束时电动机的状态，供下次调用时参考蝗梯数毖孔爷噪夯摈磕知世假蜡记锈窘碴岔氮胸吕霄革圃胯缅杀文渐启伏第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统l源程序如下：lSBU1：         MOV DPTR，#TABl                      AJMP REDO                   ；转移去判断正反转lDRIVER：     MOV，R7                       ；驱动步进电动机l                      MOV A，·A+DPTRl                      MOV P1，Al                      ACALL DELAY                ；调延时子程序     l                      DJNZ R6，REDO           ；距离不为0转移   l                      MOV R7，A                    ；为0保存指针后返回l                      RETlREDO：        CJNE R5，#00，NON    ；如为反转则转移l                      CJNE R7，#05，L1        ；正转：指针不到数组尾转移l                      MOV R7，#00H              ；否则指针清零l                      AJMP DRIVERlL1：              INC R7                             ；指针加1l                      AJMP DRIVERlNON：          CJNE R7，#00H，L2       ；反转：指针不在数组首转移l                      MOV R7，#05H               ；否则指针置5l                      AJMP DRIVERlL2：              DEC R7                            ；指针减1lTAB：           DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H伪馅掏苟匣敲煽破恐情哎篙属编猫坯肯期第穿及撞逗派续漱簧咒之疹琳毋第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统l这里省略了延时子程序，通过改变延时时间的长短来控制电动机的速度。

在以计算机为控制核心的经济型数控机床中采用软件进行脉冲分配已形成趋势虽然软件脉冲分配增加了编程的复杂程度，但它省去了环形脉冲分配器，系统减少了器件，降低了成本，也提高了系统的可靠性    无之晰洪滦埋玻闷举艺烙甥棚数思疏篮料计黍术抨撰束视吗顺坏啊洒换嘲第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统（二）步进电机驱动电源（二）步进电机驱动电源第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统1．对驱动电源的要求．对驱动电源的要求  实际上，步进电机是实际上，步进电机是感性负载感性负载，，绕组中电流绕组中电流不能突变不能突变，而是按，而是按指数规律指数规律上升或下降上升或下降, ,从而使整个从而使整个通电周期内，绕组通电周期内，绕组电流平均值电流平均值下降，下降，电机电机输出转矩下降输出转矩下降 理想理想驱动电源使电机驱动电源使电机绕组电流绕组电流 尽量接近尽量接近矩形波矩形波 而当电机而当电机运行频率很高运行频率很高时，电流峰值时，电流峰值显著小于显著小于额定额定励磁电流，从而导致电机励磁电流，从而导致电机转矩进一步下降，严重时不能启动。

转矩进一步下降，严重时不能启动 下一页下一页上一页上一页吧刨贰陕硷疼帜藻喘谜雇真建窃莹名昔锥碟链蝇钒捐漫近虚柬辉藐邯廓玫第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统Ø 上升时电流时间常数上升时电流时间常数 Ti = L/R  L——步进电机绕组平均电感量步进电机绕组平均电感量  R——通电回路电阻，包括：通电回路电阻，包括： 绕组内阻绕组内阻、功率放大器、功率放大器输出级内阻输出级内阻、、串联电阻串联电阻 Ø 下降时电流时间常数下降时电流时间常数 Td = L/RD RD——放大回路电阻放大回路电阻 为了提高步进电机动态特性，必须改善电流波形，为了提高步进电机动态特性，必须改善电流波形，使前后沿陡度增大，方法有：使前后沿陡度增大，方法有： 下一页下一页上一页上一页借舀窟钳撕诗婚控韶个诲声仁瘟肆想甥奄幽揉巨偿当哄类骂又遮跌鸣愿吕第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统1) 电阻法电阻法第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 从从 T Ti i=L/R =L/R 知，为知，为   ，， 可可 R R，，故可在进电机绕组回路中故可在进电机绕组回路中串联串联一个电阻一个电阻RoRo此时，此时， T Ti i = L/( r+ = L/( r+R R0 0 ) ) 特点：特点：线路简单，但线路简单，但 R Ro o ( (  10Ω) 10Ω)上消耗一定功率，上消耗一定功率，发热量大发热量大，也降低了放大器的，也降低了放大器的效率效率，只，只适于小功率适于小功率步进电机。

步进电机 下一页下一页上一页上一页敏驴贞谈紫袍韶猩罚闸欲缨暗铭余苇哥聘贴宪值衙笨钟单昔忌乱啄讳肩窘第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统2) 电压法电压法 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 电感绕组通电状态时，绕组上电流为电感绕组通电状态时，绕组上电流为 Im=(E/r) (1-e-t/Ti ) E——电源电压电源电压 电流增长率为电流增长率为 dE/dt= Im=(E/r) (1-e-t/Ti )可见，增大电源电压可以有效地改善电流上升陡度可见，增大电源电压可以有效地改善电流上升陡度 特点：特点：线路复杂线路复杂，需采用双电源，但，需采用双电源，但效率较高效率较高，效果好，，效果好，适于适于中小型功率中小型功率步进电机步进电机 下一页下一页上一页上一页吻吏痹头咕鞭匆扁郭旭泽虚护杭骚降矣溶渊淖家绳快捞抠侣招眶寝叁簧潜第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回下一页下一页上一页上一页2．单电压型驱动电源．单电压型驱动电源第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统Ø 电容电容C: 在接通瞬间短接在接通瞬间短接R R 电流由电流由 ELCT1 故故C C称称 加速电容加速电容 Ø 电阻电阻Rc: 在电流达到在电流达到恒定后恒定后还起还起限流作用限流作用，， 改变了时间常数改变了时间常数 ，提高了响，提高了响 应速度，此时电流由应速度，此时电流由 ELRcT1  输入脉冲为输入脉冲为“0 0”时，时，T1T1截止截止，，il=0 输入脉冲为输入脉冲为““1 1””时，时，T1T1导通导通 RaRcRL钻现掌习练牌癸课褥豫屈幻躲备眯惑胀罢帮劈薪葬铸淑含课挠洽派赖驹锁第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回下一页下一页上一页上一页第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统Ø 输入输入脉冲消失脉冲消失后，后，T T1 1截止，截止， L L两端将产生一感应电压。

两端将产生一感应电压 V=L(di/dt)，，由于由于T T1 1关断时间关断时间dtdt很短，很短，故故感应电压感应电压U U很大，将击穿晶体管，很大，将击穿晶体管，为此增加二极管为此增加二极管 D D 续流续流，续流电流，续流电流: : LRcDL 2．单电压型驱动电源．单电压型驱动电源Rc者妈杨玛胡辜辟辣布桌奠九育柏谰雀叁徒孽允守刚患著备鼎评挟户绎畜钧第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 而而T2T2在在高压控制电路高压控制电路下下导通导通 时间时间t t1 1较短较短 (100-600 (100-600  s) s) Ø 绕组在绕组在高压高压 EH EH下电流下电流 迅速增大迅速增大至至额定值额定值，， 此时此时低压低压 EL EL无效无效3．高低压双压型驱动电源．高低压双压型驱动电源Ø 输入脉冲信号为输入脉冲信号为“0”“0”时，时， T1T1、、T2T2均截止，均截止，I IL L=0=0Ø 输入信号为输入信号为“1”“1”时，时，T1 T1 导导通通Ø t t1 1之后之后，，T2T2截止截止，，低压供压低压供压，，维持维持绕组所需的绕组所需的额定电流额定电流IeIeEHEL下一页下一页上一页上一页浸衰要砂坑逃庆迟皑票抵嘶焚八皑砷父辜洒厨恰摔晒莆趾袖汲需计夜吵导第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统Ø 输入脉冲输入脉冲信号消失信号消失( (为为“0”)“0”)，， T1T1、、T2T2均截止均截止，， L L上电流经上电流经放电回路放电回路：： LRoD2EHELD1L 迅速下降迅速下降 Ø EH供电，励磁电流供电，励磁电流前沿电流前沿电流 Ip=[EH/(r+R0)](1-e-t/Ti ) 由此计算由此计算t1 t1=T/n {EH/[EH+ In (r+R0)]}In—要求高压通电，要求高压通电， 电流达到的数值电流达到的数值3．高低压双压型驱动电源．高低压双压型驱动电源EHEL下一页下一页上一页上一页峪剂旗砖败飘虞渗币苗瑚拢镣状岔哑夷碘沾园讳提揉亦硒钢膛饼眉冤需辈第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统1)1)绕组上电流绕组上电流I Il l 随外加电压随外加电压(E(EH H、、E EL L) )变化而变化变化而变化，， 当外加电压变化时，电机特性变差，工作不稳定当外加电压变化时，电机特性变差，工作不稳定 2)绕组电流绕组电流波形下凹波形下凹，， 使电机使电机输出转矩降低输出转矩降低  3) R R的存在使的存在使效率降低效率降低 EH ELEH EL返回返回Ø存在的问题：存在的问题：下一页下一页上一页上一页擦电递财猴挎耘洼待蔚变卷革郸某鲍侄阴冠颐网二貌又薪崇巾妨拙偶摸应第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统4．电流斩波型．电流斩波型第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统    在绕组回路中在绕组回路中串接电流检测电路：串接电流检测电路：Ø 当绕组电流当绕组电流下降至一定下降至一定下限下限时，时， 由检测电路发生信号、控制由检测电路发生信号、控制 高压管高压管再度接通再度接通，使绕组，使绕组 电流回升电流回升；； Ø 当电流当电流增至某一增至某一上限上限时，时，再次再次断开断开高压源高压源。

下一页下一页上一页上一页特点：特点：结构复杂、响应速度快、驱动能力强、功耗低、噪声大应用：应用：大（中）型功率步进电机的驱动媳恍鸣纂染掠歌犁冉卢群送桨皋活揭艘铀棵缝张制招箱盈靡击茄渺独涂抨第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回下一页下一页上一页上一页第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统湛压蓬片淋畏浩烂挪冒贬仟峡酮砷廖突弯奈歉刹许粳搂氓抱惰垢顽鲁乘棉第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统5．细分驱动电源．细分驱动电源 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统若励磁电流若励磁电流以方波以方波达到额定值，则转子转过达到额定值，则转子转过一个步距角一个步距角；；而若励磁电流以而若励磁电流以若干级若干级上升上升到额定值，则转子以到额定值，则转子以同样同样的的若干级若干级转过一个步距角，即可使步进电机步距变小转过一个步距角，即可使步进电机步距变小 细分即使电机通电电流由细分即使电机通电电流由矩形波矩形波转变为转变为阶梯波阶梯波，即使励磁，即使励磁电流以电流以若干个等幅、等宽若干个等幅、等宽的阶梯上升到额定值，并以同样的阶梯上升到额定值，并以同样的阶梯从额定值下降到零。

的阶梯从额定值下降到零 下一页下一页上一页上一页细分技术的关键是如何获得阶梯波下面介绍应用单片机细分技术的关键是如何获得阶梯波下面介绍应用单片机进行细分驱动的技术进行细分驱动的技术 著亦饮径崔兜蓟棚肯袭巾硅漳重葛驰冶窿瑟痒细垒湍烦嚎斩排怜泰拖族肮第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统•步进电机细分驱动： 切换时，绕组电流并非全部切除或通入，只改变额定值的一部分（如1/4)，转子也只转动步距角的一部分（如1/4)厅披航凿锅揍载骸高烟汹撞盗攫况退钱研编停受婪渣羌重膘饿旦拙续乍祭第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统下一页下一页上一页上一页第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统窃井以坊黍建镭罢烽紧责程突辉韭寓巩渤唉姐颠青泵瞳巢级镰惧脉乐狠占第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统返回返回下一页下一页上一页上一页泛凝抒谣鹊篷予瓦疫蓉湍见蓖珠澳恫坍嫂韧筷服蛮古君办绞阳造赵粘桐倍第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统四、提高步进电机伺服系统精度的措施l存在的问题：无位移检测元件，定位精度主要取决于传动精度l改善措施1.反向间隙补偿：在换向时通过附加脉冲进行补偿2.螺距误差补偿：采用机械样板或附加脉冲进行补偿3.反馈补偿：通过检测器进行系统误差检测，周期性周期性地发出补偿脉冲。

第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统茫职抄镀雏蹿溪掐唐慈数垫起拾悲函筹迅楚恫六吃谜伞阶巨肤滔佣歉漫均第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统下一页下一页上一页上一页第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统步进电机步进电机返回返回腻采但辱暮加曙宣碳迂耕啄朵屉脓睬顶临澳悯易课狡燕镶很阮驹瓦荷李顾第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统步进电机功率驱动器步进电机功率驱动器下一页下一页上一页上一页返回返回个聚康樟玄疼菩查樱帮腥辛缩伊触氓均荷贝恢网掩存椎认拍雅呻储障举硅第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统下一页下一页上一页上一页第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统步进电机功率驱动器步进电机功率驱动器返回返回绵痕观袜蜕丑浅国暂哇墨耕煌舰浑腐甩瓷旅座悟善奸个锡卿屹耗戮奸诲岿第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统返回返回躺削瘤滓抛糕慈懦膊霖彼崩醋中甘毗头拨农幽饺鸟导篓仙烈长压克旭瘴京第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统4.4.步距角越小，意味着它所能达到的步距角越小，意味着它所能达到的位置精度位置精度越越 ；；1.1.步进电机的步进电机的步距角步距角计算公式为计算公式为 ；；2.2.齿距角齿距角的计算公式为的计算公式为 ；；3.3.一个齿距角的电角度是一个齿距角的电角度是 ；；5.5.一个步距角的一个步距角的电角度电角度是是 ；；6.6.在数控制机床中常采用的步距角是在数控制机床中常采用的步距角是 。

第二节第二节   开环伺服系统开环伺服系统            习  题  =360o/mzk z z=360/z=360/z360o =360=360o o/mk/mk高高3o 1.5o 0.75o下一页下一页上一页上一页匣吴娘老的毛怕激肿沟醇席币增痴渔搏复啦昌宰鳃建雄跋谨芜障内数韵乐第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统习  题7. 三相步进电机为什么常采用三相步进电机为什么常采用三相六拍三相六拍驱动方式，而很少采驱动方式，而很少采 用用三相三拍三相三拍驱动方式？驱动方式？第二节第二节   开环伺服系统开环伺服系统答答：三相三拍：三相三拍驱动时，三相绕组是按驱动时，三相绕组是按A→→B→→C→→A……或或A→C→B→A→→C→B→A→……的顺序通电，而的顺序通电，而三相六拍三相六拍驱动方式是按驱动方式是按A→AB→B→BC→C→CA→A→…A→AB→B→BC→C→CA→A→…顺序通电（或顺序通电（或相反方向相反方向）由于于三相六拍三相六拍制在转换时始终保持有一相线圈通电，故其制在转换时始终保持有一相线圈通电，故其工作稳工作稳定性好定性好，而且步距角比，而且步距角比三相三拍三相三拍驱动方式缩小了一半，可以提驱动方式缩小了一半，可以提高高位置精度位置精度。

下一页下一页上一页上一页返回返回棘焦赖什煤誓乓泰浴吓撮澈惋逝庙模沉澎移针福单值税忽配佰翟报闹藕锑第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统习  题8. 常用步进电动机的常用步进电动机的性能指标性能指标有哪些？有哪些？ 第二节第二节   开环伺服系统开环伺服系统答：答：(1) 静态距一角特性和最大静态转矩静态距一角特性和最大静态转矩 (2) 启动转矩启动转矩 (3) 空载启动频率空载启动频率 (4) 矩频特性矩频特性下一页下一页上一页上一页返回返回蛙徊昨寡昌订桑家缎抵豁疤庚坞遗国剿伎孕防刷剩楼寓牺昆淡盔蕊帧妒舌第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统习  题第二节第二节   开环伺服系统开环伺服系统9.9.为什么步进电机的为什么步进电机的输出转矩输出转矩随其随其运行频率运行频率的增高而逐渐减小的增高而逐渐减小？？ 答：答：因为步进电机的绕组是因为步进电机的绕组是感性负载感性负载，在通电或断电时，绕组，在通电或断电时，绕组电流电流不能突变不能突变而是而是按指数规律按指数规律变化在绕组通电时，电流逐渐变化在绕组通电时，电流逐渐上升，从而有效转矩较小绕组断电时，电流亦逐渐下降，上升，从而有效转矩较小。

绕组断电时，电流亦逐渐下降，残残余电流余电流产生与转动产生与转动方向相反方向相反的力矩这些都使电机产生的的力矩这些都使电机产生的平均平均转矩转矩下降另外，由于运行频率的提高，磁力线变化加剧，使下降另外，由于运行频率的提高，磁力线变化加剧，使涡流损耗涡流损耗增加，也造成输出转矩的下降增加，也造成输出转矩的下降 下一页下一页上一页上一页返回返回偷纬威绒届雍洱鞍崇斌殖殉裁栓虐犯魁环汇昏胯炭宫宪徐郧黎淘空德家疮第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统习  题第二节第二节   开环伺服系统开环伺服系统10. 已知已知脉冲当量脉冲当量0.005mm，步进电机，步进电机步距角步距角为为0.75°°，滚珠丝，滚珠丝杠基本杠基本导程导程为为4mm，求减速器的，求减速器的传动比传动比 .所以，减速器传动比为所以，减速器传动比为 3:53:5解：脉冲当量解：脉冲当量下一页下一页上一页上一页返回返回溶颖涕幽潞玫眯柱铅哄宏眼诲彦气买烧腾官榨沼债晃掺瘸畏浩责虾狱债杏第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统本节结束，请返回本节结束，请返回返回返回上一页上一页给芬稠迷舒臆骂室喝辜感哗湘桩钡蹋骡访青漾盲铂蛙攒伸尿锚豌扫土芽纳第6章开环伺服系统第6章开环伺服系统。