數控技術數控機床的伺服系統(tǒng)

1、School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分55秒機械與動力工程學院機械與動力工程學院數數 控控 技技 術術School of Mechanical and Power EngineeringSchool of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分55秒第六章第六章 數控機床的伺服系統(tǒng)數控機床的伺服系統(tǒng) 本章內容：本章內容： 概述概述 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng) 位置檢測裝置位置檢測裝置閉環(huán)（交直流）伺服系統(tǒng)閉環(huán)（交直流）伺服系統(tǒng)School o

2、f Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分55秒伺服來自英文單詞伺服來自英文單詞Servo， “伺服（伺服（SERVO）”在中英文里一個音、意在中英文里一個音、意都相同的詞，顧名思義，它表示都相同的詞，顧名思義，它表示“伺候服侍伺候服侍”，指系統(tǒng)跟隨外部指令進行人指系統(tǒng)跟隨外部指令進行人們所期望的運動。們所期望的運動。在數控機床中，伺服是指有關的傳動或運動參數均嚴在數控機床中，伺服是指有關的傳動或運動參數均嚴格按照數控裝置的控制指令實現(xiàn)，這些參數主要包括運動的速度、運動格按照數控裝置的控制指令實現(xiàn)，這些參數主要包括運動的速度、運動的

3、方向和運動的起停位置等。的方向和運動的起停位置等。伺服系統(tǒng)的發(fā)展經歷了從液壓、氣動到電伺服系統(tǒng)的發(fā)展經歷了從液壓、氣動到電氣的過程，而電氣伺服系統(tǒng)包括伺服電機、反饋裝置和控制器。氣的過程，而電氣伺服系統(tǒng)包括伺服電機、反饋裝置和控制器。采用步進電機作為驅動器件，無須位置和速度檢測器，控制電路簡單，采用步進電機作為驅動器件，無須位置和速度檢測器，控制電路簡單，價格低廉，可靠性高。和普通電機的區(qū)別主要在于：脈沖控制。價格低廉，可靠性高。和普通電機的區(qū)別主要在于：脈沖控制。在在2020世紀世紀6060年代，最早是直流電機作為主要執(zhí)行部件。其控制電路比較年代，最早是直流電機作為主要執(zhí)行部件。其控制電路比

4、較簡單，價格較低。其主要缺點是內部有機械換向裝置，碳刷易磨損。簡單，價格較低。其主要缺點是內部有機械換向裝置，碳刷易磨損。在在7070年代以后，交流伺服電機的性價比不斷提高，逐漸取代直流電機成年代以后，交流伺服電機的性價比不斷提高，逐漸取代直流電機成為伺服系統(tǒng)的主導執(zhí)行電機。閉環(huán)系統(tǒng)逐漸取代開環(huán)系統(tǒng)。為伺服系統(tǒng)的主導執(zhí)行電機。閉環(huán)系統(tǒng)逐漸取代開環(huán)系統(tǒng)。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分55秒 現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)最早被應用到宇航和軍事領域，比如火炮、雷達控制?，F(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)最早被應用到宇航

5、和軍事領域，比如火炮、雷達控制。逐漸進入到工業(yè)領域和民用領域。工業(yè)應用主要包括高精度數控機床、機逐漸進入到工業(yè)領域和民用領域。工業(yè)應用主要包括高精度數控機床、機器人和其他廣義的數控機械。器人和其他廣義的數控機械。伺服用量最大的行業(yè)依次是：機床、食品包伺服用量最大的行業(yè)依次是：機床、食品包裝、紡織、電子半導體、塑料、印刷和橡膠機械，合計超過裝、紡織、電子半導體、塑料、印刷和橡膠機械，合計超過7575。在數控機床中使用永磁無刷伺服電機代替步進電機做進給已經成為標準，在數控機床中使用永磁無刷伺服電機代替步進電機做進給已經成為標準，部分高端產品開始采用永磁交流直線伺服系統(tǒng)。在主軸傳動中采用高速永部分高

6、端產品開始采用永磁交流直線伺服系統(tǒng)。在主軸傳動中采用高速永磁交流伺服取代異步變頻驅動來提高效率和速度也成為熱點。磁交流伺服取代異步變頻驅動來提高效率和速度也成為熱點。9090年代以來，年代以來，歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數控機床，歐、美、日各國爭相開發(fā)應用新一代高速數控機床，高速電主軸得到快速高速電主軸得到快速應用，其轉子為主軸旋轉部分。應用，其轉子為主軸旋轉部分。其轉數其轉數在在30000rpm30000rpm100000rpm100000rpm，工作臺，工作臺的進給速度在分辨率為的進給速度在分辨率為1m1m時達到時達到100m/min100m/min，甚至，甚至200m/min2

7、00m/min以上以上, , 在分辨在分辨率為率為0.1m0.1m時，在時，在24m/min24m/min以上。當今數控機床突出高速、高精、高動態(tài)、以上。當今數控機床突出高速、高精、高動態(tài)、高剛性的特點，對位置系統(tǒng)的要求包括高剛性的特點，對位置系統(tǒng)的要求包括: :定位速度和輪廓切削進給速度；定位速度和輪廓切削進給速度；定位精度和輪廓切削精度；精加工的表面粗糙度；在外界干擾下的穩(wěn)定性。定位精度和輪廓切削精度；精加工的表面粗糙度；在外界干擾下的穩(wěn)定性。這些要求的滿足主要取決于伺服系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)特性。這些要求的滿足主要取決于伺服系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)特性。School of Mechanical and

8、 Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分55秒 國產伺服系統(tǒng)比如廣數的產品在經濟型數控機床上的廣泛應用，國產伺服系統(tǒng)比如廣數的產品在經濟型數控機床上的廣泛應用，但是在中高檔數控機床上采用國產伺服系統(tǒng)仍然面臨困難，性能是但是在中高檔數控機床上采用國產伺服系統(tǒng)仍然面臨困難，性能是一個重要方面，還有就是穩(wěn)定性和可靠性，或許品牌效應也是難以一個重要方面，還有就是穩(wěn)定性和可靠性，或許品牌效應也是難以短時間逾越的障礙。短時間逾越的障礙。 近幾十年來，伺服技術得到突飛猛進的發(fā)展和越來越廣泛的應近幾十年來，伺服技術得到突飛猛進的發(fā)展和越來越廣泛的應用。用。數控伺服系統(tǒng)是指以機床

9、運動部件數控伺服系統(tǒng)是指以機床運動部件( (如工作臺、主軸和刀具等如工作臺、主軸和刀具等) )的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，又稱為隨動系統(tǒng)。的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，又稱為隨動系統(tǒng)。數控數控伺服系統(tǒng)的作用在于接受來自數控裝置的進給脈沖信號，經過一定伺服系統(tǒng)的作用在于接受來自數控裝置的進給脈沖信號，經過一定的信號變換及電壓、功率放大，驅動機床運動部件實現(xiàn)運動，并保的信號變換及電壓、功率放大，驅動機床運動部件實現(xiàn)運動，并保證動作的快速性和準確性。證動作的快速性和準確性。 數控伺服系統(tǒng)作為數控裝置和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數控機床的數控伺服系統(tǒng)作為數控裝置和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數控機床的

10、重要組成部分，數控機床的精度和速度等技術指標很大程度上取決重要組成部分，數控機床的精度和速度等技術指標很大程度上取決于伺服系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。因此，對高性能伺服系統(tǒng)的研究和開發(fā)一于伺服系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。因此，對高性能伺服系統(tǒng)的研究和開發(fā)一直是現(xiàn)代數控機床的關鍵技術之一。直是現(xiàn)代數控機床的關鍵技術之一。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分55秒 伺服驅動系統(tǒng)伺服驅動系統(tǒng)與一般機床進給系統(tǒng)的區(qū)別與一般機床進給系統(tǒng)的區(qū)別 進給系統(tǒng)的作用在于保證切削過程能夠連續(xù)進行，不能控進給系統(tǒng)的作用在于保證切削過

11、程能夠連續(xù)進行，不能控制執(zhí)行件的位移和軌跡；制執(zhí)行件的位移和軌跡； 伺服系統(tǒng)將指令信號加以轉換和放大，不僅能控制執(zhí)行件伺服系統(tǒng)將指令信號加以轉換和放大，不僅能控制執(zhí)行件的速度、方向，而且能精確控制其位置、以及幾個執(zhí)行件按一的速度、方向，而且能精確控制其位置、以及幾個執(zhí)行件按一定的運動規(guī)律合成的軌跡。定的運動規(guī)律合成的軌跡。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分55秒 一、伺服系統(tǒng)的組成、作用和特點一、伺服系統(tǒng)的組成、作用和特點: : 組成組成伺服系統(tǒng)一般由伺服系統(tǒng)一般由驅動控制單元驅動控制單

12、元、驅動元件驅動元件、機械傳動部件機械傳動部件、執(zhí)行元件和檢測反饋環(huán)節(jié)執(zhí)行元件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅動控制單元和驅動元件等組成。驅動控制單元和驅動元件組成伺服驅動系；機械傳動部件和執(zhí)行件組成機械傳動系。組成伺服驅動系；機械傳動部件和執(zhí)行件組成機械傳動系。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述數控伺服系統(tǒng)的基本組成數控伺服系統(tǒng)的基本組成 School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 伺服系統(tǒng)的作用伺服系統(tǒng)的作用: : 接受數控系統(tǒng)發(fā)出的進給位移和速度指令信號，經過一接受數控系統(tǒng)發(fā)出的進給位移和速度指令信號，經過一定的信號轉換和電

13、壓、功率放大后，經伺服驅動裝置和機械定的信號轉換和電壓、功率放大后，經伺服驅動裝置和機械傳動機構，驅動機床的工作臺、刀架等執(zhí)行部件進行工作進傳動機構，驅動機床的工作臺、刀架等執(zhí)行部件進行工作進給和快速進給。主要通過給和快速進給。主要通過步進電機、交步進電機、交/ /直流伺服電動機直流伺服電動機等進等進給驅動元件來實現(xiàn)。給驅動元件來實現(xiàn)。 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)可被看作是一個獨立部分，與可被看作是一個獨立部分，與數控系統(tǒng)數控系統(tǒng)和和機床機床本體本體并列為數控數控機床的三大組成部分。并列為數控數控機床的三大組成部分。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述School of Mechanical and Power En

14、gineering2022年3月31日星期四2時56分56秒特點：特點： 能根據指令信號自動精確的控制執(zhí)行部件運動的能根據指令信號自動精確的控制執(zhí)行部件運動的位移、方向和速度，使數個執(zhí)行部件按一定的規(guī)律運位移、方向和速度，使數個執(zhí)行部件按一定的規(guī)律運動以合成一定的運動軌跡動以合成一定的運動軌跡。性能：性能： 最高移動速度、跟蹤精度、定位精度等動態(tài)和靜最高移動速度、跟蹤精度、定位精度等動態(tài)和靜態(tài)性能態(tài)性能, 取決于各個組成環(huán)節(jié)的特性和各個環(huán)節(jié)性能取決于各個組成環(huán)節(jié)的特性和各個環(huán)節(jié)性能參數的合理匹配。參數的合理匹配。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述School of Mechanical and Power

15、 Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 數控機床技術水平的提高首先依賴于進給和主軸驅動特性數控機床技術水平的提高首先依賴于進給和主軸驅動特性的改善以及功能的擴大，為此數控機床對進給伺服系統(tǒng)的位的改善以及功能的擴大，為此數控機床對進給伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機、機械傳動等方面都有很高的置控制、速度控制、伺服電機、機械傳動等方面都有很高的要求。要求。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述二、二、 數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求1 1可逆運行可逆運行 可逆運行要求能靈活地可逆運行要求能靈活地正反向運行正反向運行。在加工過程中，機床在加工過程中，機床工

16、作臺處于隨動狀態(tài)，根據加工軌跡的要求，隨時實現(xiàn)正向工作臺處于隨動狀態(tài)，根據加工軌跡的要求，隨時實現(xiàn)正向或反向運動。或反向運動。 要求在方向變化時，要求在方向變化時，不應有反向間隙和運動損失不應有反向間隙和運動損失。 從能量角度看，應該實現(xiàn)從能量角度看，應該實現(xiàn)能量的可逆轉換能量的可逆轉換，即在加工運行即在加工運行時，電動機從電網吸收能量改變?yōu)闄C械能；在制動時應把電時，電動機從電網吸收能量改變?yōu)闄C械能；在制動時應把電動機的機械慣性能量變?yōu)殡娔芑仞伣o電網，以實現(xiàn)快速制動。動機的機械慣性能量變?yōu)殡娔芑仞伣o電網，以實現(xiàn)快速制動。School of Mechanical and Power Engine

17、ering2022年3月31日星期四2時56分56秒2 2高精度高精度 數控機床是按預定的程序自動進行加工的，不數控機床是按預定的程序自動進行加工的，不同于普通機床用手動操作來調整和補償各種因素對同于普通機床用手動操作來調整和補償各種因素對加工精度的影響，故要求加工精度的影響，故要求數控機床的實際位移與指數控機床的實際位移與指令位移之差令位移之差要小?，F(xiàn)代數控機床的位移精度一般為要小?，F(xiàn)代數控機床的位移精度一般為0.010.001，甚至可高達甚至可高達0.1m，以保證加工質，以保證加工質量的一致性，保證復雜曲線、曲面零件的加工精度。量的一致性，保證復雜曲線、曲面零件的加工精度。第一節(jié)第一節(jié) 概

18、述概述二、數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求二、數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒3 3調速范圍寬調速范圍寬 調速范圍是指調速范圍是指最高進給速度和最低進給速度之比最高進給速度和最低進給速度之比。由于加由于加工所用刀具、被加工零件材質以及零件加工要求的變化范工所用刀具、被加工零件材質以及零件加工要求的變化范圍很廣，為了保證在所有加工情況下都能得到最佳的切削圍很廣，為了保證在所有加工情況下都能得到最佳的切削條件和加工質量，要求進給速度能在很大的范圍內變化，條件和加工質量，要求進給速度

19、能在很大的范圍內變化，即有很大的調速范圍。即有很大的調速范圍。 目前最先進水平是在脈沖當量或最小設定單位為目前最先進水平是在脈沖當量或最小設定單位為1m1m的情的情況下，進給速度能在況下，進給速度能在0240mmin的范圍內連續(xù)可調。在的范圍內連續(xù)可調。在這一調速范圍內，要求速度均勻、穩(wěn)定，低速時無爬行。這一調速范圍內，要求速度均勻、穩(wěn)定，低速時無爬行。還要求在零速時伺服電機處于電磁鎖住狀態(tài)，以保證定位還要求在零速時伺服電機處于電磁鎖住狀態(tài)，以保證定位精度不變。精度不變。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述二、數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求二、數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求School of Mechanica

20、l and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒4 4快速響應并無超調快速響應并無超調 要求有要求有良好的快速響應特性良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號即要求跟蹤指令信號的響應要快。的響應要快。 伺服系統(tǒng)處于頻繁地啟動、制動、加速、減速等動伺服系統(tǒng)處于頻繁地啟動、制動、加速、減速等動態(tài)過程中，為了提高生產率和保證加工質量，則態(tài)過程中，為了提高生產率和保證加工質量，則要要求加、減速度足夠大求加、減速度足夠大，以縮短過渡過程時間以縮短過渡過程時間。 當負載突變時，當負載突變時，過渡過程前沿要陡，恢復時間要短，過渡過程前沿要陡，恢復時間要短，且無振蕩且無振

21、蕩。這樣才能得到光滑的加工表面。這樣才能得到光滑的加工表面。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述二、數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求二、數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒5 5低速大轉矩低速大轉矩 機床加工，大多是低速時進行切削，即機床加工，大多是低速時進行切削，即在低速時在低速時進給驅動要有大的轉矩輸出進給驅動要有大的轉矩輸出。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述二、數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求二、數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求School of Mechanical and Power Engineer

22、ing2022年3月31日星期四2時56分56秒 1 1按按控制方式和有無檢測反饋環(huán)節(jié)分類控制方式和有無檢測反饋環(huán)節(jié)分類（1 1）開環(huán)伺服系統(tǒng)）開環(huán)伺服系統(tǒng) （2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)）閉環(huán)伺服系統(tǒng) （3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)指令指令驅動電路驅動電路步進電機步進電機工作臺工作臺脈沖脈沖伺服電機伺服電機速度檢測速度檢測速度控制速度控制位置控制位置控制位置檢測位置檢測伺服電機伺服電機速度控制速度控制位置控制位置控制工作臺工作臺脈沖編碼器脈沖編碼器指令指令第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2

23、022年3月31日星期四2時56分56秒（1 1）開環(huán)伺服系統(tǒng)）開環(huán)伺服系統(tǒng)組成：組成：步進電機、驅動電路、傳動機構步進電機、驅動電路、傳動機構工作原理：工作原理：在數控機床上它由步進電機、功率步進電機或在數控機床上它由步進電機、功率步進電機或電液脈沖馬達驅動。數控系統(tǒng)發(fā)出的指令脈沖信號經驅動電液脈沖馬達驅動。數控系統(tǒng)發(fā)出的指令脈沖信號經驅動電路控制和功率放大后，使步進電機轉動，通過變速齒輪電路控制和功率放大后，使步進電機轉動，通過變速齒輪和滾珠絲杠螺母副驅動執(zhí)行件和滾珠絲杠螺母副驅動執(zhí)行件( (工作臺或刀架工作臺或刀架) )移動。移動。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分

24、類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒無位置反饋，開環(huán)系統(tǒng)的位移精度主要取決于步進電機的無位置反饋，開環(huán)系統(tǒng)的位移精度主要取決于步進電機的角位移和齒輪、絲杠等傳動件的螺距精度，以及系統(tǒng)的摩角位移和齒輪、絲杠等傳動件的螺距精度，以及系統(tǒng)的摩擦阻尼特性擦阻尼特性. .開環(huán)系統(tǒng)的位移精度一般較低，其定位精度開環(huán)系統(tǒng)的位移精度一般較低，其定位精度可達可達0.02mm 0.02mm ，當采用螺距誤差補償后，定位精度提高，當采用螺距誤差補償后，定位精度提高到到0.01mm0.01mm；一般以功率步進電機作為伺服驅動元

25、件。一般以功率步進電機作為伺服驅動元件。這類系統(tǒng)具有結構簡單、工作穩(wěn)定、調試方便、維修簡單、這類系統(tǒng)具有結構簡單、工作穩(wěn)定、調試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大價格低廉等優(yōu)點，在精度和速度要求不高、驅動力矩不大的場合得到廣泛應用。一般用于經濟型數控機床。的場合得到廣泛應用。一般用于經濟型數控機床。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類（1 1）開環(huán)伺服系統(tǒng)）開環(huán)伺服系統(tǒng)School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒（2 2）閉環(huán)系統(tǒng)）閉環(huán)系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)是一種

26、包含功率放大和反饋，閉環(huán)控制系統(tǒng)是一種包含功率放大和反饋，從而使得輸出變量的值精密地響應輸入量的自動從而使得輸出變量的值精密地響應輸入量的自動控制系統(tǒng)。在數控機床上，由于反饋信號所取的控制系統(tǒng)。在數控機床上，由于反饋信號所取的位置不同，而分為全閉環(huán)系統(tǒng)和半閉環(huán)系統(tǒng)。位置不同，而分為全閉環(huán)系統(tǒng)和半閉環(huán)系統(tǒng)。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 全閉環(huán)數控系統(tǒng)全閉環(huán)數控系統(tǒng) 全閉環(huán)數控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直全閉環(huán)數控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛

27、線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。接對運動部件的實際位置進行檢測。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 全閉環(huán)系統(tǒng)全閉環(huán)系統(tǒng) 全閉環(huán)系統(tǒng)的反饋信號取自機床工作臺（或刀架）實際位置，全閉環(huán)系統(tǒng)的反饋信號取自機床工作臺（或刀架）實際位置，所以系統(tǒng)傳動鏈的誤差、環(huán)內各元件的誤差以及運動種造成的所以系統(tǒng)傳動鏈的誤差、環(huán)內各元件的誤差以及運動種造成的誤差都可以得到補償，從而大大提高了跟隨精度和定位精度。誤差都可以得到補償，從而大大提高了跟隨精度和定位

28、精度。 全閉環(huán)系統(tǒng)除電器方面誤差外，還有很多機械傳動誤差，如絲全閉環(huán)系統(tǒng)除電器方面誤差外，還有很多機械傳動誤差，如絲杠螺母副、導軌副等都包括在反饋回路種，它們的剛性、傳動杠螺母副、導軌副等都包括在反饋回路種，它們的剛性、傳動間隙、摩擦阻尼特性都是變化的，有些還是非線性的，所以全間隙、摩擦阻尼特性都是變化的，有些還是非線性的，所以全閉環(huán)系統(tǒng)的設計和調整都有較大的技術難度，價格也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)的設計和調整都有較大的技術難度，價格也較昂貴。 該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數控機床等。以及較大型的數控機床等。第

29、一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)同樣也是一種閉環(huán)系統(tǒng)。只不過在數控機床這種具半閉環(huán)伺服系統(tǒng)同樣也是一種閉環(huán)系統(tǒng)。只不過在數控機床這種具體應用場合下，它的反饋信號取自系統(tǒng)的中間部位（如驅動伺服電機的體應用場合下，它的反饋信號取自系統(tǒng)的中間部位（如驅動伺服電機的軸上），如圖所示。這樣系統(tǒng)由電機輸出軸至最末端件（工作臺或刀架）軸上），如圖所示。這樣系統(tǒng)由電機輸出軸至最末端件（工作臺或刀架）之間的誤差（如：聯(lián)

30、軸器誤差、絲杠的彈性變形及螺距誤差、導軌副的之間的誤差（如：聯(lián)軸器誤差、絲杠的彈性變形及螺距誤差、導軌副的摩擦阻尼等）沒有得到系統(tǒng)的補償。因此，在數控機床上，半閉環(huán)系統(tǒng)摩擦阻尼等）沒有得到系統(tǒng)的補償。因此，在數控機床上，半閉環(huán)系統(tǒng)只反饋補償了進給傳動系統(tǒng)的部分誤差，所以其精度比全閉環(huán)系統(tǒng)要低只反饋補償了進給傳動系統(tǒng)的部分誤差，所以其精度比全閉環(huán)系統(tǒng)要低一些。一些。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒半閉環(huán)環(huán)路內不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此半

31、閉環(huán)環(huán)路內不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但由于這種系除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但由于這種系統(tǒng)舍棄了傳動系統(tǒng)的剛性和非線性的摩擦阻尼等。故系統(tǒng)舍棄了傳動系統(tǒng)的剛性和非線性的摩擦阻尼等。故系統(tǒng)調試較容易，穩(wěn)定性也較好。由于采用高分辨率的測統(tǒng)調試較容易，穩(wěn)定性也較好。由于采用高分辨率的測量元件，可以獲得比較滿意的精度和速度，

32、特別是制造量元件，可以獲得比較滿意的精度和速度，特別是制造伺服電機時，都將測速發(fā)電機、旋轉變壓器（或脈沖編伺服電機時，都將測速發(fā)電機、旋轉變壓器（或脈沖編碼器）直接裝在伺服電機軸的尾部，減少機床制造時的碼器）直接裝在伺服電機軸的尾部，減少機床制造時的安裝調試麻煩，結構也比較簡單，故這種被廣泛應于中安裝調試麻煩，結構也比較簡單，故這種被廣泛應于中小型數控機床上。小型數控機床上。半閉環(huán)數控系統(tǒng)結構簡單、調試方便、精度也較高，因半閉環(huán)數控系統(tǒng)結構簡單、調試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代而在現(xiàn)代CNCCNC機床中得到了廣泛應用。機床中得到了廣泛應用。School of Mechanical and Po

33、wer Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒2 2按使用的執(zhí)行元件分類按使用的執(zhí)行元件分類 （1 1）電液伺服系統(tǒng)）電液伺服系統(tǒng)電液脈沖馬達和電液伺服馬達。電液脈沖馬達和電液伺服馬達。 優(yōu)點：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間優(yōu)點：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常數小、反應快和速度平穩(wěn)。常數小、反應快和速度平穩(wěn)。 缺點：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。噪聲、漏油。缺點：液壓系統(tǒng)需要供油系統(tǒng)，體積大。噪聲、漏油。（2 2）電氣伺服系統(tǒng)）電氣伺服系統(tǒng)伺服電機（步進電機、直流電機和交伺服電機（步進電機、直流電機和交流電機）流電機） 優(yōu)點：操作維護方便

34、，可靠性高。優(yōu)點：操作維護方便，可靠性高。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒2 2按使用的執(zhí)行元件分類按使用的執(zhí)行元件分類 （2 2）電氣伺服系統(tǒng)）電氣伺服系統(tǒng) 1 1）直流伺服系統(tǒng)）直流伺服系統(tǒng) 進給運動系統(tǒng)采用大慣量寬調速永磁直流伺服電機和中小進給運動系統(tǒng)采用大慣量寬調速永磁直流伺服電機和中小慣量直流伺服電機；主運動系統(tǒng)采用他激直流伺服電機。慣量直流伺服電機；主運動系統(tǒng)采用他激直流伺服電機。 優(yōu)點：調速性能好。缺點：有電刷，速度不高。優(yōu)點：

35、調速性能好。缺點：有電刷，速度不高。 2 2）交流伺服系統(tǒng)）交流伺服系統(tǒng) 交流感應異步伺服電機（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）和永磁交流感應異步伺服電機（一般用于主軸伺服系統(tǒng)）和永磁同步伺服電機（一般用于進給伺服系統(tǒng)）。同步伺服電機（一般用于進給伺服系統(tǒng)）。 優(yōu)點：結構簡單、不需維護、適合于在惡劣環(huán)境下工作。優(yōu)點：結構簡單、不需維護、適合于在惡劣環(huán)境下工作。動態(tài)響應好、轉速高和容量大。動態(tài)響應好、轉速高和容量大。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒2 2、

36、按執(zhí)行元件的類別分類、按執(zhí)行元件的類別分類 分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。 2020世紀世紀7070年代，數控機床大多采用直流伺服驅動年代，數控機床大多采用直流伺服驅動。具有良好的寬調速性能，輸出轉矩大，過載能力強；適應數控機床對頻繁具有良好的寬調速性能，輸出轉矩大，過載能力強；適應數控機床對頻繁啟動、制動，以及快速定位、切削的要求。但直流電動機的電刷和機械換啟動、制動，以及快速定位、切削的要求。但直流電動機的電刷和機械換向器限制了它向大容量、高電壓、高速度方向的發(fā)展。向器限制了它向大容量、高電壓、高速度方向的發(fā)展。 2020世紀世紀8080年代年代，交流伺服

37、系統(tǒng)。，交流伺服系統(tǒng)。最大優(yōu)點是交流電動機容易維修，制造簡單，易于向大容量、高速度方向最大優(yōu)點是交流電動機容易維修，制造簡單，易于向大容量、高速度方向發(fā)展，適合于在較惡劣的環(huán)境中使用。同時，從減少伺服驅動系統(tǒng)外形尺發(fā)展，適合于在較惡劣的環(huán)境中使用。同時，從減少伺服驅動系統(tǒng)外形尺寸和提高可靠性角度來看，采用交流電動機比直流電動機將更合理。寸和提高可靠性角度來看，采用交流電動機比直流電動機將更合理。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒3 3、按伺服系

38、統(tǒng)的用途和功能分類、按伺服系統(tǒng)的用途和功能分類分為進給驅動系統(tǒng)和主軸驅動系統(tǒng)。分為進給驅動系統(tǒng)和主軸驅動系統(tǒng)。 進給驅動系統(tǒng)進給驅動系統(tǒng)用于數控機床工作臺或刀架坐標的控制系統(tǒng)，用于數控機床工作臺或刀架坐標的控制系統(tǒng)，來控制機床各坐標軸的切削進給運動，并提供切削過程所需來控制機床各坐標軸的切削進給運動，并提供切削過程所需的轉矩。的轉矩。 主軸驅動系統(tǒng)主軸驅動系統(tǒng)控制機床主軸的旋轉運動，為機床主軸提供控制機床主軸的旋轉運動，為機床主軸提供驅動功率和所需的切削力。驅動功率和所需的切削力。 一般地，對于進給驅動系統(tǒng)，主要關心它的轉矩大小、一般地，對于進給驅動系統(tǒng)，主要關心它的轉矩大小、調節(jié)范圍的大小和

39、調節(jié)精度的高低，以及動態(tài)響應速度的快調節(jié)范圍的大小和調節(jié)精度的高低，以及動態(tài)響應速度的快慢。對于主軸驅動系統(tǒng)，主要關心其是否具有足夠的功率、慢。對于主軸驅動系統(tǒng)，主要關心其是否具有足夠的功率、寬的恒功率調節(jié)范圍及速度調節(jié)范圍。寬的恒功率調節(jié)范圍及速度調節(jié)范圍。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒（1 1）數控脈沖比較伺服系統(tǒng)）數控脈沖比較伺服系統(tǒng) 該系統(tǒng)是閉環(huán)伺服系統(tǒng)中的一種控制方式。它是將數控裝該系統(tǒng)是閉環(huán)伺服系統(tǒng)中的一種控制方式。它是將數控裝

40、置發(fā)出的數字（或脈沖）指令信號與檢測裝置測得的以數字置發(fā)出的數字（或脈沖）指令信號與檢測裝置測得的以數字（或脈沖）形式表示的反饋信號直接進行比較，獲得位置誤差，（或脈沖）形式表示的反饋信號直接進行比較，獲得位置誤差，實現(xiàn)閉環(huán)控制。結構簡單，容易實現(xiàn)，整機工作穩(wěn)定，在一般實現(xiàn)閉環(huán)控制。結構簡單，容易實現(xiàn)，整機工作穩(wěn)定，在一般數控伺服系統(tǒng)中應用十分普遍。數控伺服系統(tǒng)中應用十分普遍。 （2 2）鑒相式伺服系統(tǒng)）鑒相式伺服系統(tǒng) 位置檢測裝置采取相位工作方式，指令信號與反饋信號都位置檢測裝置采取相位工作方式，指令信號與反饋信號都變成某個載波的相位，然后通過兩者相位的比較，獲得實際位變成某個載波的相位，然

41、后通過兩者相位的比較，獲得實際位置與指令位置的偏差，實現(xiàn)閉環(huán)控制。適用于感應式檢測元件置與指令位置的偏差，實現(xiàn)閉環(huán)控制。適用于感應式檢測元件（如旋轉變壓器、感應同步器）的工作狀態(tài)，可得到滿意的精（如旋轉變壓器、感應同步器）的工作狀態(tài)，可得到滿意的精度。此外，由于載波頻率較高，響應塊，抗干擾性強，更適于度。此外，由于載波頻率較高，響應塊，抗干擾性強，更適于連續(xù)控制的伺服系統(tǒng)。連續(xù)控制的伺服系統(tǒng)。4、按反饋比較控制方式分類、按反饋比較控制方式分類三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56

42、分56秒（3 3）鑒幅式伺服系統(tǒng)）鑒幅式伺服系統(tǒng) 鑒幅式伺服系統(tǒng)是以位置檢測信號的幅值大小來反映機鑒幅式伺服系統(tǒng)是以位置檢測信號的幅值大小來反映機械位移的數值，并以此信號作為位置反饋信號，一般還要將械位移的數值，并以此信號作為位置反饋信號，一般還要將此幅值信號轉換成信號才與指令數字信號進行比較，從而獲此幅值信號轉換成信號才與指令數字信號進行比較，從而獲得位置偏差信號構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。得位置偏差信號構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 （4 4）全數字伺服系統(tǒng)）全數字伺服系統(tǒng) 隨著微電子技術、計算機技術和伺服控制技術的發(fā)展，隨著微電子技術、計算機技術和伺服控制技術的發(fā)展，數控伺服系統(tǒng)已開始采用高速度、高精度的全數

43、字伺服系統(tǒng)，數控伺服系統(tǒng)已開始采用高速度、高精度的全數字伺服系統(tǒng)，使伺服控制技術從模擬方式、混合方式走向全數字方式。如使伺服控制技術從模擬方式、混合方式走向全數字方式。如由位置、速度和電流構成的三環(huán)反饋全部數字化、軟件處理由位置、速度和電流構成的三環(huán)反饋全部數字化、軟件處理數字數字PIDPID等，使用靈活，柔性好。數字伺服系統(tǒng)采用了許多等，使用靈活，柔性好。數字伺服系統(tǒng)采用了許多新的控制技術和改進伺服性能的措施，使控制精度和品質大新的控制技術和改進伺服性能的措施，使控制精度和品質大大提高。大提高。 School of Mechanical and Power Engineering2022年3

44、月31日星期四2時56分56秒 此外，還可按驅動方式分類，將伺服系統(tǒng)分此外，還可按驅動方式分類，將伺服系統(tǒng)分為液壓伺服驅動系統(tǒng)、電氣伺服驅動系統(tǒng)和氣壓為液壓伺服驅動系統(tǒng)、電氣伺服驅動系統(tǒng)和氣壓伺服驅動系統(tǒng)；伺服驅動系統(tǒng)； 按控制信號分類，將伺服系統(tǒng)分為數字伺服按控制信號分類，將伺服系統(tǒng)分為數字伺服系統(tǒng)、模擬伺服系統(tǒng)和數字模擬混合伺服系統(tǒng)等。系統(tǒng)、模擬伺服系統(tǒng)和數字模擬混合伺服系統(tǒng)等。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述三、伺服系統(tǒng)的分類三、伺服系統(tǒng)的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服

45、系統(tǒng)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng) School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 步進控制系統(tǒng)的結構步進控制系統(tǒng)的結構 控制器控制器：PLC、定位控制模塊、單片機，產生脈沖，、定位控制模塊、單片機，產生脈沖，進行方向信號的產生；進行方向信號的產生； 步進驅動器步進驅動器：收到脈沖，分配脈沖和功率放大，控制：收到脈沖，分配脈沖和功率放大，控制電機每一項的線圈是否通電；電機每一項的線圈是否通電； 步進電機步進電機：旋轉，拖動工作臺。：旋轉，拖動工作臺?？刂破骺刂破?步進驅動器步進驅動器 步進電機和工作臺步進電機和工作臺 第二節(jié)第

46、二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒應用范圍：簡易型數控機床、普通機床的數控改造。應用范圍：簡易型數控機床、普通機床的數控改造。第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時

47、56分56秒 步進電機流行于步進電機流行于7070年代，該系統(tǒng)結構簡單、年代，該系統(tǒng)結構簡單、控制容易、維修方面，且控制為全數字化。隨著控制容易、維修方面，且控制為全數字化。隨著計算機技術的發(fā)展，除功率驅動電路之外，其它計算機技術的發(fā)展，除功率驅動電路之外，其它部分均可由軟件實現(xiàn)，從而進一步簡化結構。因部分均可由軟件實現(xiàn)，從而進一步簡化結構。因此，這類系統(tǒng)目前仍有相當的市場。目前步進電此，這類系統(tǒng)目前仍有相當的市場。目前步進電機僅用于小容量、低速、精度要不高的場合，如機僅用于小容量、低速、精度要不高的場合，如經濟型數控；打印機、繪圖機等計算機的外部設經濟型數控；打印機、繪圖機等計算機的外部設備

48、。備。第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 步進電機是一種將電脈沖信號轉化為機械角位移的電步進電機是一種將電脈沖信號轉化為機械角位移的電磁機械裝置。由于所用電源是脈沖電源，所以也稱為磁機械裝置。由于所用電源是脈沖電源，所以也稱為脈沖脈沖馬達馬達。 步進電機和一般電機不同，一般電機通電后連續(xù)轉動步進電機和一般電機不同，一般電機通電后連

49、續(xù)轉動，而步進電機則隨輸入的脈沖按節(jié)拍一步一步地轉動。對，而步進電機則隨輸入的脈沖按節(jié)拍一步一步地轉動。對步進電機施加一個電脈沖信號時，步進電機就旋轉一個固步進電機施加一個電脈沖信號時，步進電機就旋轉一個固定的角度，稱為一步。每一步所轉過的角度叫做定的角度，稱為一步。每一步所轉過的角度叫做步距角步距角。 步進電機步進電機第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 一、步進電機的分類一、步進電機的分類按運動方式分：按運動方式分： 旋轉運動、直線運動式步進電機；旋轉

50、運動、直線運動式步進電機；按工作原理分：按工作原理分： 反應式（磁阻式）反應式（磁阻式）、電磁式、永磁式；、電磁式、永磁式；按結構分：按結構分： 單段式（徑向式）、多段式（軸向式）；單段式（徑向式）、多段式（軸向式）；按使用場合分：按使用場合分： 功率步進電機功率步進電機和控制步進電機；和控制步進電機；按使用頻率分：按使用頻率分： 高頻率和低頻步進電機；高頻率和低頻步進電機；不同的步進電機，其工作原理、驅動裝置也不完全一樣。不同的步進電機，其工作原理、驅動裝置也不完全一樣。第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)School of Mechanical and Power Engin

51、eering2022年3月31日星期四2時56分56秒按其按其輸出轉矩的大小輸出轉矩的大小來分，可以分為來分，可以分為快速步進電動機快速步進電動機和和功率步進功率步進電動機電動機?？焖俨竭M電動機連續(xù)工作頻率高而輸出轉矩較小，一般?？焖俨竭M電動機連續(xù)工作頻率高而輸出轉矩較小，一般在在N Ncmcm級，可以作為控制小型精密機床的工作臺級，可以作為控制小型精密機床的工作臺( (例線切割機床例線切割機床) )也可以和液壓轉矩放大器組成電液脈沖馬達去驅動數控機床的工也可以和液壓轉矩放大器組成電液脈沖馬達去驅動數控機床的工作臺，而功率步進電動機的輸出轉矩就比較大是作臺，而功率步進電動機的輸出轉矩就比較大是

52、N Nm m級的，可以級的，可以直接去驅動機床的移動部件。直接去驅動機床的移動部件。 按按其勵磁相數其勵磁相數，可以分為，可以分為三相、四相、五相、六相甚至八相三相、四相、五相、六相甚至八相。一。一般來說隨著相數的增加，在相同頻率的情況下，每相導通電流般來說隨著相數的增加，在相同頻率的情況下，每相導通電流的時間增加，各相平均電流增大，從而使電動機的轉速的時間增加，各相平均電流增大，從而使電動機的轉速轉矩轉矩特性會好些，步距角亦小。但是隨著相數的增加，電動機的尺特性會好些，步距角亦小。但是隨著相數的增加，電動機的尺寸就增加，結構亦復雜，目前多用寸就增加，結構亦復雜，目前多用3 36 6相的步進電

53、動機。相的步進電動機。 一、步進電機的分類一、步進電機的分類School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 目前我國使用的步進電機多為徑向反應式步進電機。目前我國使用的步進電機多為徑向反應式步進電機。反應式步進電機結構（徑向分布）反應式步進電機結構（徑向分布）第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 二、步進驅動的原理：二、步進驅動的原理： 步進電機步進電機是一種將電脈沖轉化為角位

54、移的電磁裝置，是一種將電脈沖轉化為角位移的電磁裝置，是一種特殊的電動機。是一種特殊的電動機。 步進電動機有步進電動機有定位定位和和運轉運轉兩種基本狀態(tài)，當有脈沖兩種基本狀態(tài)，當有脈沖輸入時步進電動機一步一步地轉動，每給它一個脈沖信輸入時步進電動機一步一步地轉動，每給它一個脈沖信號，它就轉過一定的角度。步進電動機的角位移量和輸號，它就轉過一定的角度。步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，入脈沖的個數嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數量、頻率及電動機繞組通電因此只要控制輸入脈沖的數量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉角、轉速及

55、轉動方向。在沒的相序，便可獲得所需的轉角、轉速及轉動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉子有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉子保持原有位置處于定位狀態(tài)。保持原有位置處于定位狀態(tài)。 School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 步進電機的結構（橫向視圖）步進電機的結構（橫向視圖）第二節(jié)第二節(jié) 開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)開環(huán)步進式伺服系統(tǒng)School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 步進電機的工作原理：電磁鐵作用

56、原理步進電機的工作原理：電磁鐵作用原理如圖所示，三相反應式步進電機工作原理圖。如圖所示，三相反應式步進電機工作原理圖。由轉子和定子組成。定子上有由轉子和定子組成。定子上有A A、B B、C C三對磁極繞組，分別為三對磁極繞組，分別為A A相、相、B B相、相、C C相。相。轉子是硅鋼片軟磁材料迭合轉子是硅鋼片軟磁材料迭合成的帶齒廓形狀的鐵心。成的帶齒廓形狀的鐵心。如果在定子上的三對繞組中如果在定子上的三對繞組中通直流電流，就會產生磁場通直流電流，就會產生磁場。B B相通電相通電A A相通電相通電C C相通電相通電工作原理演示工作原理演示工作原理演示工作原理演示School of Mechani

57、cal and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒三相三拍的原理介紹三相三拍的原理介紹模擬步進電機的動作步驟模擬步進電機的動作步驟: : 三相是指步進電機有三相定子三相是指步進電機有三相定子繞組，三拍是指每三次轉換為一繞組，三拍是指每三次轉換為一個循環(huán)。個循環(huán)。 三相步進電機，定子有六個磁三相步進電機，定子有六個磁極，分為三對，每個磁極上裝有極，分為三對，每個磁極上裝有控制繞組。一對磁極通電后，對控制繞組。一對磁極通電后，對應產生應產生N/SN/S極磁場；轉子為帶齒的極磁場；轉子為帶齒的鐵心（反應式）或磁鋼（混合鐵心（反應式）或磁鋼（混合式）。式）。

58、當定子三相依次通電時，三對當定子三相依次通電時，三對磁極依次產生氣隙磁場，吸引轉磁極依次產生氣隙磁場，吸引轉子一步步轉動。子一步步轉動。School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 步進電機的工作原理：步進電機的工作原理：A-B-C-A A-B-C-A 反轉反轉School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒 步進電機的工作原理：步進電機的工作原理：A-C-B-A A-C-B-A 正轉正轉工工作作原原理理演演示示School of Me

59、chanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒BACBCABACBCABACBCA12341234逆時針回轉逆時針回轉300逆時針回轉逆時針回轉300當當A A、B B、C C三對磁極的繞組依次輪流通電，則三對磁極的繞組依次輪流通電，則A A、B B、C C三對磁三對磁極依次產生磁場吸引轉子轉動。極依次產生磁場吸引轉子轉動。當當A A相通電時相通電時，B B相和相和C C相不通電，電機鐵心的相不通電，電機鐵心的AAAA軸方向產生磁軸方向產生磁通，在磁拉力的作用下，轉子通，在磁拉力的作用下，轉子1 1、3 3齒與齒與A A相磁極對齊，相磁極

60、對齊，2 2、4 4兩齒兩齒與與B B、C C兩磁極相對錯開兩磁極相對錯開30300 0School of Mechanical and Power Engineering2022年3月31日星期四2時56分56秒當當B B相通電時相通電時，C C相和相和A A相斷電，電機鐵心的相斷電，電機鐵心的BBBB軸方向產生磁通軸方向產生磁通，在磁拉力的作用下，轉子沿逆時針方向旋轉，在磁拉力的作用下，轉子沿逆時針方向旋轉30300 0，2 2、4 4齒與齒與B B相磁極對齊。相磁極對齊。1 1、3 3兩齒與兩齒與C C、A A兩磁極相對錯開兩磁極相對錯開30300 0。當當C C相通電時相通電時，A A