第五章伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1、第五章第五章 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 5-1 概述概述 5-2 檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置 5-3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 5-4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 5-5 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 5-6 主軸驅(qū)動(dòng)主軸驅(qū)動(dòng) 5-7 位置控制位置控制 5-1 概述概述主軸電機(jī)主軸電機(jī)伺服電機(jī)伺服電機(jī)刀庫(kù)刀具定位電機(jī)刀庫(kù)刀具定位電機(jī)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)定位電機(jī)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)定位電機(jī)帶制動(dòng)器伺服電機(jī)帶制動(dòng)器伺服電機(jī)加工中心加工中心伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Servo System)CNC系統(tǒng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置控制信號(hào)控制信號(hào)反饋信號(hào)

2、反饋信號(hào)光柵尺光柵尺一、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的定義一、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的定義 是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的裝置是數(shù)控機(jī)床的“大腦大腦” ， “指揮機(jī)構(gòu)指揮機(jī)構(gòu)” 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“四肢四肢” ， “執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。 檢測(cè)裝置：感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵、脈沖編碼檢測(cè)裝置：感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光柵、脈沖編碼器等。器等。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電驅(qū)動(dòng)電機(jī)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)二、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類(lèi)二、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分

3、類(lèi)1、按伺服系統(tǒng)控制方式分、按伺服系統(tǒng)控制方式分開(kāi)環(huán)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)，無(wú)位置反饋，投資低，精度低步進(jìn)電機(jī)，無(wú)位置反饋，投資低，精度低閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng) 直接測(cè)量實(shí)際位移進(jìn)行反饋，精度高直接測(cè)量實(shí)際位移進(jìn)行反饋，精度高半閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng) 間接測(cè)量位移進(jìn)行反饋，精度低于閉環(huán)間接測(cè)量位移進(jìn)行反饋，精度低于閉環(huán)2、按控制對(duì)象和使用目的不同分、按控制對(duì)象和使用目的不同分進(jìn)給伺服系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng) 控制各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主軸驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)主軸驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng) 控制主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輔助伺服系統(tǒng)輔助伺服系統(tǒng) 控制刀庫(kù)、料庫(kù)等輔助系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，多采控制刀庫(kù)、料庫(kù)等輔助系

4、統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，多采用建議的位置控制。用建議的位置控制。二、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類(lèi)（續(xù)）二、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類(lèi)（續(xù)）3、按反饋比較控制方式分、按反饋比較控制方式分脈沖比較伺服系統(tǒng)脈沖比較伺服系統(tǒng)相位比較伺服系統(tǒng)相位比較伺服系統(tǒng)幅值比較伺服系統(tǒng)幅值比較伺服系統(tǒng)全數(shù)字伺服系統(tǒng)。全數(shù)字伺服系統(tǒng)。4、按所用驅(qū)動(dòng)元件的類(lèi)型分、按所用驅(qū)動(dòng)元件的類(lèi)型分步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 5-2 檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置l性能指標(biāo)性能指標(biāo) 系統(tǒng)精度：系統(tǒng)精度：是指在一定長(zhǎng)度或轉(zhuǎn)角內(nèi)測(cè)量積累誤差的最大值，如是指在一定長(zhǎng)度或轉(zhuǎn)角內(nèi)

5、測(cè)量積累誤差的最大值，如0.0020.02mm/m，10/360等。等。 系統(tǒng)分辨率：系統(tǒng)分辨率：是測(cè)量元件所能正確檢測(cè)的最小位移量，如目前直是測(cè)量元件所能正確檢測(cè)的最小位移量，如目前直線位移的分辨率為線位移的分辨率為0.0010.01mm。角位移分辨率為。角位移分辨率為2。 檢測(cè)裝置是伺服系統(tǒng)的重要組成部分。檢測(cè)裝置是伺服系統(tǒng)的重要組成部分。l作用作用 檢測(cè)位置和速度，發(fā)送反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)或半檢測(cè)位置和速度，發(fā)送反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)，閉環(huán)， 對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制。對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制。l要求要求 工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)工作可靠，抗干擾能力強(qiáng) 滿(mǎn)足精度、分辨率、測(cè)量范圍滿(mǎn)足精度、分辨率、測(cè)

6、量范圍 使用維修方便、成本低使用維修方便、成本低按檢測(cè)信號(hào)分：數(shù)字式、模擬式按檢測(cè)信號(hào)分：數(shù)字式、模擬式按測(cè)量基準(zhǔn)分：增量式、絕對(duì)式按測(cè)量基準(zhǔn)分：增量式、絕對(duì)式按安裝位置關(guān)系分：直接測(cè)量、間接測(cè)量按安裝位置關(guān)系分：直接測(cè)量、間接測(cè)量二、感應(yīng)二、感應(yīng)器器1.感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu) 由定子和轉(zhuǎn)子組成，用由定子和轉(zhuǎn)子組成，用于測(cè)量角位移于測(cè)量角位移 由定子和轉(zhuǎn)子組成，用由定子和轉(zhuǎn)子組成，用于測(cè)量直線位移于測(cè)量直線位移2. 直線感應(yīng)同直線感應(yīng)同 步器的結(jié)構(gòu)步器的結(jié)構(gòu) 利用兩個(gè)平面形利用兩個(gè)平面形印刷繞組，其間保印刷繞組，其間保持均勻氣隙約為持均勻氣隙約為(0.250.05)mm 作相對(duì)平行移

7、動(dòng)，作相對(duì)平行移動(dòng)，根據(jù)交變磁場(chǎng)和互根據(jù)交變磁場(chǎng)和互感原理而工作的。感原理而工作的。W2片寬a2間隔b2為連續(xù)繞組，節(jié)距為連續(xù)繞組，節(jié)距W22(a2b2)，其中，其中a2為導(dǎo)電片寬，為導(dǎo)電片寬，b2為片間為片間間隙，定尺節(jié)距即為檢測(cè)周期間隙，定尺節(jié)距即為檢測(cè)周期W，常取，常取W2mm?；呋邽榉侄卫@組，分為正弦和余弦繞組兩部分為分段繞組，分為正弦和余弦繞組兩部分, 兩繞組的節(jié)距都為兩繞組的節(jié)距都為W12(a1b1)，其中，其中a1為導(dǎo)電片寬，為導(dǎo)電片寬，b1為片間間隙，一般取為片間間隙，一般取W1W2或或W1W2/3。2121L1W1a1b1 滑尺上有正弦和余弦勵(lì)磁繞組，在空間位置上相差滑尺

8、上有正弦和余弦勵(lì)磁繞組，在空間位置上相差1/4節(jié)節(jié)距，定尺和滑尺繞組的節(jié)距相同。距，定尺和滑尺繞組的節(jié)距相同。若滑尺繞組加勵(lì)磁電壓，若滑尺繞組加勵(lì)磁電壓，則由于電磁感應(yīng)而在定尺繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，其大小取決則由于電磁感應(yīng)而在定尺繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，其大小取決于滑尺與定尺的相對(duì)位置。于滑尺與定尺的相對(duì)位置。2/2E定尺定尺正弦繞組正弦繞組滑尺滑尺余弦繞組余弦繞組VsVci1i2 根據(jù)交變磁場(chǎng)和互感原理而工作的。根據(jù)交變磁場(chǎng)和互感原理而工作的。W 可以看出：滑尺在移動(dòng)一個(gè)節(jié)距的過(guò)程中，感應(yīng)電勢(shì)變化了一個(gè)周期。 若勵(lì)磁電壓uUmsint，那么在定尺繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)e為 ekUmcoscos t若勵(lì)

9、磁電壓 uUmsint則定尺繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)則定尺繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)e ekUmcoscos t式中 Um勵(lì)磁電壓幅值(V)； 勵(lì)磁電壓角頻率(rad/s)； k比例常數(shù)，其值與繞組間 最大互感系數(shù)有關(guān)； 滑尺相對(duì)定尺在空間的相 位角。 在一個(gè)節(jié)距W內(nèi)，位移位移x與與的的關(guān)系關(guān)系應(yīng)為 感應(yīng)同步器就是利用感應(yīng)電勢(shì)的變化，來(lái)檢測(cè)在一個(gè)節(jié)距W內(nèi)的位移量，為絕對(duì)式測(cè)量。 滑尺上的正弦、余弦滑尺上的正弦、余弦勵(lì)磁繞組提供同頻率、同幅勵(lì)磁繞組提供同頻率、同幅值、相位差值、相位差90的交流電的交流電壓，即壓，即 usUmsint ucUmcost us和和uc單獨(dú)勵(lì)磁，在單獨(dú)勵(lì)磁，在定尺繞組上感應(yīng)電勢(shì)分別

10、為定尺繞組上感應(yīng)電勢(shì)分別為 eskUmcoscost eckUmcos( /2)sint kUmsinsint3. 感應(yīng)同步器輸出信號(hào)的處理方式感應(yīng)同步器輸出信號(hào)的處理方式 常用的有鑒相方式和鑒幅方式常用的有鑒相方式和鑒幅方式（1）鑒相方式）鑒相方式根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來(lái)檢測(cè)位移量根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來(lái)檢測(cè)位移量根據(jù)疊加原理，定尺繞組上總輸出感應(yīng)電勢(shì)根據(jù)疊加原理，定尺繞組上總輸出感應(yīng)電勢(shì)e為為 eesec kUmcoscostkUmsinsint kUmcos(t) kUmcos(t 2x/W) 根據(jù)上式，通過(guò)鑒別定尺輸出的感應(yīng)電勢(shì)的相位，即可測(cè)根據(jù)上式，通過(guò)鑒別定尺輸出的感應(yīng)電勢(shì)的相位，

11、即可測(cè)量定尺和滑尺之間的相對(duì)位置。量定尺和滑尺之間的相對(duì)位置。 感應(yīng)同步器的鑒相方式用在相位比較伺服系統(tǒng)中。感應(yīng)同步器的鑒相方式用在相位比較伺服系統(tǒng)中。例：感應(yīng)電勢(shì)與勵(lì)磁電壓相位差例：感應(yīng)電勢(shì)與勵(lì)磁電壓相位差=1.8=1.8，節(jié)距，節(jié)距W=2mmW=2mm， 由由= 2x/W=0.01mm滑尺的正弦、余弦繞組勵(lì)磁電壓為同頻率、同相位，但不同幅值，即滑尺的正弦、余弦繞組勵(lì)磁電壓為同頻率、同相位，但不同幅值，即 usUmsindsint ucUmcosdsint式中式中 d勵(lì)磁電壓的給定相位角勵(lì)磁電壓的給定相位角 分別勵(lì)磁時(shí)，在定尺繞組上產(chǎn)生的輸出感應(yīng)電勢(shì)分別為分別勵(lì)磁時(shí)，在定尺繞組上產(chǎn)生的輸出感

12、應(yīng)電勢(shì)分別為 eskUmsindcoscost eckUmcosdcos(/2)cost kUm cosd sincost （2）鑒幅方式）鑒幅方式 根據(jù)定尺輸出的感應(yīng)電勢(shì)的振幅變化來(lái)檢測(cè)位移量。根據(jù)定尺輸出的感應(yīng)電勢(shì)的振幅變化來(lái)檢測(cè)位移量。根據(jù)疊加原理，定尺上輸出總感應(yīng)電勢(shì)為根據(jù)疊加原理，定尺上輸出總感應(yīng)電勢(shì)為 ees ec k Um (sind coscosd sin) cost k Um sin(d ) cost k Um sin(d 2x /W) cost 設(shè)初始狀態(tài)設(shè)初始狀態(tài)d，則，則e0。當(dāng)滑尺相對(duì)定尺有一位移。當(dāng)滑尺相對(duì)定尺有一位移，使，使變?yōu)樽優(yōu)?，則感應(yīng)電勢(shì)增量為，則感應(yīng)電勢(shì)增

13、量為 e ek Um x cosx cost t式中式中= 2 x / W 由此可知，在由此可知，在x x較小的情況下，較小的情況下，e e與與x x成正比，也成正比，也就是鑒別就是鑒別e e幅值，即可測(cè)幅值，即可測(cè)x x大小。當(dāng)大小。當(dāng)x x較大時(shí)，通過(guò)改較大時(shí)，通過(guò)改變變d d，使，使d d,使使e e0 0，根據(jù)，根據(jù)d d可以確定可以確定，從而確定，從而確定位移量位移量x x。三、光柵三、光柵 光柵屬于光學(xué)元件，是一種高精度的位移傳感器。1. 光柵的種類(lèi)透射光柵透射光柵反射光柵反射光柵物理物理光柵光柵計(jì)量計(jì)量光柵光柵圓光柵圓光柵直線光柵直線光柵主要介紹一下直線計(jì)量透射光柵。光柵檢測(cè)裝置

14、的結(jié)構(gòu)光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)透射光柵透射光柵010,00,11,01,1反射光柵反射光柵光柵檢測(cè)裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖光柵檢測(cè)裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖 2. 2. 直線透射光柵直線透射光柵（1 1）組成）組成（2 2） 直線透射光柵的工作原理直線透射光柵的工作原理 由于擋光效應(yīng)和光的衍射，在與線紋幾乎垂直方向上，會(huì)出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗大條紋，稱(chēng)為“莫爾條紋” 。莫爾條紋的特點(diǎn)莫爾條紋的特點(diǎn) 放大作用放大作用 莫爾條紋紋距B 與光柵節(jié)距w和傾角之間的關(guān)系： 光柵橫向移動(dòng)一個(gè)節(jié)距w ，莫爾條紋正好沿刻線上下移動(dòng)一個(gè)節(jié)距B，用光電元件檢測(cè)莫爾條紋信號(hào)的變化就可以測(cè)量光柵的位移。例：例：當(dāng) w = 0.01m

15、m， = 0.01 red， 則 B = 1mm，將柵距放大100倍的莫爾條紋寬度。由于很小，因此 22sin/qw=BqwB光柵尺橫向莫爾條紋及其參數(shù)光柵尺橫向莫爾條紋及其參數(shù) 22sin/qw=BB2B 均化誤差作用均化誤差作用 莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，柵距之莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，柵距之間的相鄰誤差被均化。短光柵的工作長(zhǎng)度愈長(zhǎng)間的相鄰誤差被均化。短光柵的工作長(zhǎng)度愈長(zhǎng),這一這一均化誤差的作用愈顯著。均化誤差的作用愈顯著。 根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)與柵距移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系與柵距移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系莫爾條紋的特點(diǎn)（續(xù)）：莫爾條紋的特點(diǎn)（續(xù)）： 光柵移動(dòng)方向莫爾條紋

16、移動(dòng)方向角的旋 轉(zhuǎn)方向（3） 辨向辨向 為了辨別運(yùn)動(dòng)方向，需配置兩個(gè)彼此錯(cuò)開(kāi)1/4紋距的光電元件，使輸出電信號(hào)彼此在相位上差90，若以其中的一個(gè)作為參考信號(hào)，則另一個(gè)信號(hào)將超前或滯后參考信號(hào)90，由此來(lái)確定運(yùn)動(dòng)方向。（4） 倍頻倍頻 倍頻又稱(chēng)為細(xì)分，倍頻數(shù)就是指在莫爾條紋一個(gè)周期的范圍內(nèi)，等距離安裝的感光元件的數(shù)目，從而在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生若干個(gè)脈沖，達(dá)到細(xì)分的目的。 提高倍頻數(shù)可以提高光柵的最小讀數(shù)值，提高分辨率，精密機(jī)床的測(cè)量常采用高倍頻。例：例：柵距柵距 w = 0.01mm， 十倍頻后，最小讀數(shù)值1mm.四倍頻電路四倍頻電路（5 5）特點(diǎn)）特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1 1）精度高）精度高 測(cè)直線

17、：精度測(cè)直線：精度 0.5-3m0.5-3mm，分辨率，分辨率 0.1m mm 2 2）易實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量和自動(dòng)化測(cè)量）易實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量和自動(dòng)化測(cè)量 3 3）較強(qiáng)的抗干擾能力）較強(qiáng)的抗干擾能力 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1 1）對(duì)環(huán)境要求高，怕振動(dòng)，怕油污）對(duì)環(huán)境要求高，怕振動(dòng)，怕油污 2 2）高精度光柵制作成本高）高精度光柵制作成本高 目前多用于精密定位的數(shù)控機(jī)床，數(shù)顯機(jī)床中也目前多用于精密定位的數(shù)控機(jī)床，數(shù)顯機(jī)床中也應(yīng)用較多。應(yīng)用較多。四、編碼器四、編碼器 一種旋轉(zhuǎn)式的檢測(cè)角位移的傳感器。 將角位移用數(shù)字(脈沖)形式表示，故 又稱(chēng)脈沖編碼器。廣泛應(yīng)用于NC機(jī)床的 位置檢測(cè)，也常用它作為速度檢測(cè)元件。 1、編

18、碼器分類(lèi)、編碼器分類(lèi) 按碼盤(pán)信號(hào)的讀取方式可分為：光電式、接觸式和電磁式 以光電式的精度和可靠性最好，NC機(jī)床常用光電式編碼器 按測(cè)量坐標(biāo)系又可分為：增量式和絕對(duì)式按每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)分為：高分辨率 20000-30000p/r 普通分辨率 2000-3000p/r2. 增量式光電脈沖編碼器增量式光電脈沖編碼器 （1）組成）組成 由光源、聚光鏡、光電盤(pán)、光欄板、光敏元件(光電管)、整形放大電路和數(shù)字顯示裝置等組成。光電編碼器在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的安裝光電編碼器在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上的安裝（2） 工作原理工作原理 光電盤(pán)按裝在被測(cè)軸上，隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。光電盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)光電盤(pán)按裝在被測(cè)軸上，隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。光電盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)

19、，光電元件把通過(guò)光電盤(pán)和光欄板射過(guò)來(lái)的忽明忽暗的光時(shí)，光電元件把通過(guò)光電盤(pán)和光欄板射過(guò)來(lái)的忽明忽暗的光信號(hào)信號(hào)(近似于正弦信號(hào)近似于正弦信號(hào))轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)整形、放大等電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)整形、放大等電路的變換后變成脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算脈沖的數(shù)目，即可測(cè)出工的變換后變成脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算脈沖的數(shù)目，即可測(cè)出工作軸的轉(zhuǎn)角，并通過(guò)數(shù)顯裝置進(jìn)行顯示。通過(guò)測(cè)定計(jì)數(shù)脈沖作軸的轉(zhuǎn)角，并通過(guò)數(shù)顯裝置進(jìn)行顯示。通過(guò)測(cè)定計(jì)數(shù)脈沖的頻率，即可測(cè)出工作軸的轉(zhuǎn)速。的頻率，即可測(cè)出工作軸的轉(zhuǎn)速。（3）脈沖編碼器的辨向）脈沖編碼器的辨向 光欄板上兩條狹縫中的信號(hào)A和B(相位差90)，通過(guò)整形，成為兩相方波信號(hào)。根據(jù)先后順

20、序，即可判斷光電盤(pán)的正反轉(zhuǎn)。若A相超前于B相，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；若B相超前A相，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。若以該方波的前沿或后沿產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，可以形成代表正向位移和反向位移的脈沖序列。A相相B相相90A相相B相相90A相相B相相90A相相B相相90（4）提高光電脈沖編碼器分辨率的方法）提高光電脈沖編碼器分辨率的方法 提高光電盤(pán)圓周的等分狹縫的密度，實(shí)際上是使光電盤(pán)的 狹縫變成了圓光柵線紋。 增加光電盤(pán)的發(fā)信碼道，使盤(pán)上不僅只有一圈透光狹縫， 而且有若干大小不等的同心圓環(huán)狹縫(稱(chēng)為碼道)，光電盤(pán) 回轉(zhuǎn)一周發(fā)出的脈沖信號(hào)數(shù)增多，使分辨率提高。3. 絕對(duì)式光電脈沖編碼器絕對(duì)式光電脈沖編碼器 （1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) 絕

21、對(duì)式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)與增量式相似，就是絕對(duì)式脈沖編碼器結(jié)構(gòu)與增量式相似，就是在碼盤(pán)的每一轉(zhuǎn)角位置刻有表示該位置的唯一代碼，稱(chēng)為在碼盤(pán)的每一轉(zhuǎn)角位置刻有表示該位置的唯一代碼，稱(chēng)為絕對(duì)碼盤(pán)。絕對(duì)式脈沖編碼器是通過(guò)讀取編碼盤(pán)上的代碼絕對(duì)碼盤(pán)。絕對(duì)式脈沖編碼器是通過(guò)讀取編碼盤(pán)上的代碼(圖案圖案)來(lái)表示軸的位置。來(lái)表示軸的位置。 純二進(jìn)制碼有一個(gè)純二進(jìn)制碼有一個(gè)缺點(diǎn)：相鄰兩個(gè)二進(jìn)制缺點(diǎn)：相鄰兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)可能有多位二進(jìn)制碼數(shù)可能有多位二進(jìn)制碼不同，當(dāng)數(shù)碼切換時(shí)有不同，當(dāng)數(shù)碼切換時(shí)有多個(gè)數(shù)位要進(jìn)行切換，多個(gè)數(shù)位要進(jìn)行切換，增大了誤讀的機(jī)率。增大了誤讀的機(jī)率。 而而碼則不同，相碼則不同，相鄰兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼只有鄰

22、兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼只有一個(gè)數(shù)位不同，因此兩一個(gè)數(shù)位不同，因此兩數(shù)切換時(shí)只在一位進(jìn)行，數(shù)切換時(shí)只在一位進(jìn)行，提高了讀數(shù)的可靠性。提高了讀數(shù)的可靠性。 （3）工作原理）工作原理 光源經(jīng)過(guò)柱面鏡，變成一束平行光照射在碼盤(pán)上，通過(guò)碼盤(pán)經(jīng)狹縫形成一束很窄的光束照射在光電元件上，光電元件的排列與碼道一一對(duì)應(yīng)，亮區(qū)輸出為“1”，暗區(qū)輸出為“0”，再經(jīng)信息處理電路，進(jìn)行放大、整形、鎖存與譯碼，輸出自然二進(jìn)制代碼，從而實(shí)現(xiàn)了角度的絕對(duì)值測(cè)量。（4）應(yīng)用）應(yīng)用 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，用絕對(duì)脈沖編碼器來(lái)檢測(cè)軸的位置在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，用絕對(duì)脈沖編碼器來(lái)檢測(cè)軸的位置和速度時(shí)，當(dāng)編碼器旋轉(zhuǎn)超過(guò)一周時(shí)，讀出準(zhǔn)確數(shù)值的解和速度時(shí)，當(dāng)

23、編碼器旋轉(zhuǎn)超過(guò)一周時(shí)，讀出準(zhǔn)確數(shù)值的解決方法：決方法： 在旋轉(zhuǎn)軸上安裝多個(gè)碼盤(pán)，其中一些盤(pán)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)計(jì)量在旋轉(zhuǎn)軸上安裝多個(gè)碼盤(pán)，其中一些盤(pán)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)計(jì)量所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)所轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)N，而另一部分碼盤(pán)是用來(lái)檢測(cè)一圈以?xún)?nèi)的度，而另一部分碼盤(pán)是用來(lái)檢測(cè)一圈以?xún)?nèi)的度數(shù)數(shù)。之后將兩個(gè)碼盤(pán)所檢測(cè)的進(jìn)行。之后將兩個(gè)碼盤(pán)所檢測(cè)的進(jìn)行(N360)的疊加的疊加。 在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置一個(gè)專(zhuān)門(mén)的計(jì)數(shù)器，并規(guī)定碼盤(pán)上在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置一個(gè)專(zhuān)門(mén)的計(jì)數(shù)器，并規(guī)定碼盤(pán)上的一個(gè)專(zhuān)門(mén)的代碼為的一個(gè)專(zhuān)門(mén)的代碼為“零零”代碼，當(dāng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)代碼，當(dāng)碼盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)“零零”代碼代碼時(shí)，計(jì)數(shù)器的值就被自動(dòng)加一，這樣也可以實(shí)現(xiàn)即測(cè)圈數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器的值就被自

24、動(dòng)加一，這樣也可以實(shí)現(xiàn)即測(cè)圈數(shù)又測(cè)度數(shù)的目的。又測(cè)度數(shù)的目的。第五章第五章 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 5-1 概述概述 5-2 檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置 5-4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 5-5 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 5-6 主軸驅(qū)動(dòng)主軸驅(qū)動(dòng) 5-7 位置控制位置控制伺服系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)（Servo System)CNC系統(tǒng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置控制信號(hào)控制信號(hào)反饋信號(hào)反饋信號(hào)光柵尺光柵尺 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要用于開(kāi)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要用于開(kāi)環(huán)位置控制系統(tǒng)。它由步進(jìn)環(huán)位置控制系統(tǒng)。它由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)

25、動(dòng)電源和步進(jìn)電動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成，沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)。機(jī)組成，沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)。 這種系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，控制較這種系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，控制較容易，維修也較方便，而且容易，維修也較方便，而且為全數(shù)字化控制。為全數(shù)字化控制。 由于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)精度不高，且步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率和速度不由于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)精度不高，且步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率和速度不高，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)僅用于小容量、加工速度低高，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)僅用于小容量、加工速度低、脈沖當(dāng)量和精度不太高的場(chǎng)合，如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和電、脈沖當(dāng)量和精度不太高的場(chǎng)合，如經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和電加工機(jī)床、計(jì)算機(jī)的打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備。加工機(jī)床、計(jì)算機(jī)的打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備。一、步進(jìn)電動(dòng)

26、機(jī)一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)(1) 按運(yùn)動(dòng)方式分：旋轉(zhuǎn)式、直線運(yùn)動(dòng)式、平面運(yùn)動(dòng)式和滾按運(yùn)動(dòng)方式分：旋轉(zhuǎn)式、直線運(yùn)動(dòng)式、平面運(yùn)動(dòng)式和滾 切運(yùn)動(dòng)式。切運(yùn)動(dòng)式。(2) 按工作原理分：反應(yīng)式按工作原理分：反應(yīng)式(磁阻式磁阻式)、電磁式、永磁式、永磁、電磁式、永磁式、永磁 感應(yīng)子式感應(yīng)子式(混合式混合式)。(3) 按結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)味问桨唇Y(jié)構(gòu)分：?jiǎn)味问?徑向式徑向式)、多段式、多段式(軸向式軸向式)，印刷繞組式，印刷繞組式(4) 按相數(shù)分：三相、四相、五相、六相和八相等。按相數(shù)分：三相、四相、五相、六相和八相等。(5) 按使用頻率分：高頻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和低頻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。按使用頻率分：高頻

27、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和低頻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。2. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制原理 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電動(dòng)機(jī)。位移的控制電動(dòng)機(jī)。 位移量的控制位移量的控制 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)送一個(gè)控制脈沖，其轉(zhuǎn)軸就向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)送一個(gè)控制脈沖，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度或移動(dòng)一個(gè)直線位移，稱(chēng)為一步；脈沖數(shù)增加，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度或移動(dòng)一個(gè)直線位移，稱(chēng)為一步；脈沖數(shù)增加，角位移角位移(或線位移或線位移)隨之增加，即隨之增加，即脈沖數(shù)決定位移量。脈沖數(shù)決定位移量。 進(jìn)給速度的控制進(jìn)給速度的控制 脈沖頻率高，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就脈沖頻率高，則步進(jìn)電

28、動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就高，反之則低，即高，反之則低，即脈沖頻率決定進(jìn)給速度。脈沖頻率決定進(jìn)給速度。 運(yùn)動(dòng)方向的控制運(yùn)動(dòng)方向的控制 改變分配脈沖的相序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的改變分配脈沖的相序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，從而改變運(yùn)動(dòng)方向。正、反轉(zhuǎn)，從而改變運(yùn)動(dòng)方向。 與一般交流和直流電動(dòng)機(jī)所不同的是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子與一般交流和直流電動(dòng)機(jī)所不同的是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組所加的電源形式為脈沖電壓，而不是正弦電壓或者恒繞組所加的電源形式為脈沖電壓，而不是正弦電壓或者恒定直流電壓。定直流電壓。3. 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 極與極之間的夾角為極與極之間的夾角為60，每個(gè)定子磁極上均勻分布了五，每個(gè)定子磁極上均

29、勻分布了五個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為9。轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心上無(wú)繞組，只有上無(wú)繞組，只有均勻分布的均勻分布的40個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為個(gè)齒，齒槽距相等，齒距角為360/409。繞組繞組定子鐵心定子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心（1）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 單段式三相反單段式三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)： 定子鐵心定子鐵心上有上有六個(gè)均勻分布的六個(gè)均勻分布的磁極，沿直徑相磁極，沿直徑相對(duì)兩個(gè)極上的線對(duì)兩個(gè)極上的線圈串聯(lián)，構(gòu)成一圈串聯(lián)，構(gòu)成一相相勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組。（2）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 按電磁吸引的原

30、理工作的。按電磁吸引的原理工作的。必須抓住兩點(diǎn)： 磁力線力圖走磁阻最小的路徑，從而產(chǎn)生反應(yīng)力矩磁力線力圖走磁阻最小的路徑，從而產(chǎn)生反應(yīng)力矩 各相定子齒之間彼此錯(cuò)齒各相定子齒之間彼此錯(cuò)齒1/m齒距，齒距，m為相數(shù)為相數(shù) 幾個(gè)概念的含義： “拍”定子相繞組每改變一次 通電狀態(tài)，稱(chēng)為“一拍”。 “單”指只有一相繞組通電。 “雙”指有兩相繞組同時(shí)通電。 A A B B C C 定子 轉(zhuǎn)子 繞組 第一拍：第一拍：A相勵(lì)磁繞組通電，相勵(lì)磁繞組通電，B、C相勵(lì)磁繞組斷電。相勵(lì)磁繞組斷電。A相定子磁極的電相定子磁極的電磁力要使相鄰轉(zhuǎn)子齒與其對(duì)齊磁力要使相鄰轉(zhuǎn)子齒與其對(duì)齊(使磁阻最小使磁阻最小)，B相和相和C相

31、定、轉(zhuǎn)子錯(cuò)齒分相定、轉(zhuǎn)子錯(cuò)齒分別為別為1/3齒距齒距(3)和和2/3齒距齒距(6)。 第二拍：第二拍：B相繞組通電，相繞組通電，A、C相繞組斷電。電磁反應(yīng)力矩使轉(zhuǎn)子順時(shí)針相繞組斷電。電磁反應(yīng)力矩使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)3，與，與B相的定子齒對(duì)齊，此時(shí)相的定子齒對(duì)齊，此時(shí)A、C相的定、轉(zhuǎn)子齒互相錯(cuò)相的定、轉(zhuǎn)子齒互相錯(cuò)開(kāi)。開(kāi)。 第三拍：第三拍：C相繞組通電，相繞組通電，A、B相繞組斷電。電磁反應(yīng)力距又使轉(zhuǎn)子順時(shí)相繞組斷電。電磁反應(yīng)力距又使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)了針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)了3，與，與C相定子齒對(duì)齊，同時(shí)相定子齒對(duì)齊，同時(shí)A相、相、B相定、轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi)相定、轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi) 重復(fù)通電順序，重復(fù)通電順序，A

32、B C A 單三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)單三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn) 若定子繞組通電順序?yàn)槿舳ㄗ永@組通電順序?yàn)锳 C B A ，則電動(dòng)，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)，其步距角仍為機(jī)轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)，其步距角仍為3。 單三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角單三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 重復(fù)單三拍的通電順序，重復(fù)單三拍的通電順序，A B C A ，步進(jìn)電，步進(jìn)電機(jī)就順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)，對(duì)應(yīng)每個(gè)指令脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一機(jī)就順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)，對(duì)應(yīng)每個(gè)指令脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一固定角度固定角度3(步距角步距角) 。單三拍通電控制方式的缺點(diǎn)單三拍通電控制方式的缺點(diǎn) 由于每拍只有一相繞組通電，在切換瞬間可能失去自鎖由于每拍只有一相繞

33、組通電，在切換瞬間可能失去自鎖力矩，容易失步。而且，只有一相繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，易在力矩，容易失步。而且，只有一相繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，易在平衡位置附近產(chǎn)生振蕩。因此，單三拍通電控制方式，工作平衡位置附近產(chǎn)生振蕩。因此，單三拍通電控制方式，工作穩(wěn)定性差，一般較少采用。穩(wěn)定性差，一般較少采用。若定子繞組的通電順序?yàn)槿舳ㄗ永@組的通電順序?yàn)锳B BC CA AB ，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就逆則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。 雙三拍工作方式雙三拍工作方式 采用雙三拍通電控制方式，能克服單三拍工作的缺點(diǎn)。采用雙三拍通電控制方式，能克服單三拍工作的缺點(diǎn)。 若定子繞組的通電順序?yàn)槿舳ㄗ永@組的通電順序

34、為 AB BC CA AB ，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，從一個(gè)磁場(chǎng)，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，從一個(gè)磁場(chǎng)最強(qiáng)處走到了另一個(gè)磁場(chǎng)最強(qiáng)處，故其步距角仍為最強(qiáng)處走到了另一個(gè)磁場(chǎng)最強(qiáng)處，故其步距角仍為3。 若通電順序?yàn)椋喝敉婍樞驗(yàn)椋篈 AC C BC B AB A 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，步距角仍為則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，步距角仍為1.5。 三相六拍控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半；三相六拍控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半；在切換時(shí)，保持一相繞組通電，工作穩(wěn)定，比雙三拍增大了在切換時(shí)，保持一相繞組通電，工作穩(wěn)定，比雙三拍增大了穩(wěn)定區(qū)。所以三相步

35、進(jìn)電動(dòng)機(jī)常采用這種控制方式。穩(wěn)定區(qū)。所以三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常采用這種控制方式。三相六拍工作方式三相六拍工作方式 通電順序：通電順序：A AB B BC C CA A 每切換一次，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)每切換一次，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)1.5，步距，步距角減小一半。原因是：當(dāng)由角減小一半。原因是：當(dāng)由A相切換到相切換到AB相通電時(shí)，相通電時(shí)，A相定相定子磁極力圖不讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，而保持與其定子齒對(duì)齊，而子磁極力圖不讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，而保持與其定子齒對(duì)齊，而B(niǎo)相相定子磁極的電磁反應(yīng)力矩也力圖使其順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)定子磁極的電磁反應(yīng)力矩也力圖使其順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)3，與，與B相相定子齒對(duì)齊，此時(shí)，轉(zhuǎn)子齒與定子齒對(duì)齊，此時(shí)

36、，轉(zhuǎn)子齒與A相、相、B相定子齒均未對(duì)齊，相定子齒均未對(duì)齊，此位置是此位置是A相、相、B相定子合成磁場(chǎng)的最強(qiáng)方向，即轉(zhuǎn)子順時(shí)相定子合成磁場(chǎng)的最強(qiáng)方向，即轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)1.5。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)二、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)及選擇二、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)及選擇1.步距角步距角 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每步的轉(zhuǎn)角稱(chēng)為步距角，計(jì)算公式： 式中 m步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù) Z轉(zhuǎn)子齒數(shù) K控制方式系數(shù)， K=拍數(shù)p/相數(shù)m 廠家對(duì)于每種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)給出兩種步距角，彼此相差一倍。大步距角系指控制供電拍數(shù)與相數(shù)相等時(shí)的步距角；小步距角系指供電拍數(shù)是相數(shù)兩倍時(shí)的步距角。3

37、60Z m K() 步距角的選擇：步距角的選擇： 根據(jù)總體方案要求，綜合考慮，通過(guò)下式進(jìn)行： 式中 脈沖當(dāng)量 S絲杠螺距(mm) 步距角 電動(dòng)機(jī)與絲杠間的齒輪傳動(dòng)減速比360Siq (mm/脈沖) i 如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角和絲杠螺距S(基本導(dǎo)程)不能滿(mǎn)足脈沖當(dāng)量的要求時(shí)，應(yīng)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠之間加入齒輪傳動(dòng)，用減速比來(lái)滿(mǎn)足的要求。2. 最大靜轉(zhuǎn)距最大靜轉(zhuǎn)距 Tjmax (Nm) 靜態(tài)：靜態(tài)：當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不改變通電狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子處在不動(dòng)狀態(tài)。 靜態(tài)轉(zhuǎn)距：靜態(tài)轉(zhuǎn)距：如果在電動(dòng)機(jī)軸上外加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)距，使轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度e，這時(shí)轉(zhuǎn)子受的電磁轉(zhuǎn)距T。 矩角特性：矩角特性：描述靜態(tài)時(shí)電磁轉(zhuǎn)距T與e之間的

38、關(guān)系曲線。 在靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，當(dāng)外加轉(zhuǎn)距去除時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)距作用下，仍在靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，當(dāng)外加轉(zhuǎn)距去除時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)距作用下，仍能回到穩(wěn)定平衡點(diǎn)位置能回到穩(wěn)定平衡點(diǎn)位置(e0)。/20-/2靜穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)穩(wěn)定平衡點(diǎn)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)TeTjmax最大靜轉(zhuǎn)距最大靜轉(zhuǎn)距 Tjmax 的選擇的選擇 負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 F 切削力（切削力（N） w工作臺(tái)及工件重量工作臺(tái)及工件重量（kg） m摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) h效率效率 i 減速比減速比 TF 應(yīng)滿(mǎn)足應(yīng)滿(mǎn)足 TF =（0.20.4） Tjmax 3()102FFw sTimh-=起動(dòng)頻率起動(dòng)頻率fq 的選擇的選擇 先計(jì)算電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：先計(jì)算

39、電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：式中式中 J1、J2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Nms2)；J3絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 d d 沖當(dāng)量沖當(dāng)量(mm脈沖脈沖)。 然后進(jìn)行負(fù)載啟動(dòng)頻率然后進(jìn)行負(fù)載啟動(dòng)頻率fqF 的估算；的估算；式中式中 fq空載啟動(dòng)頻率空載啟動(dòng)頻率(Hz)，T由矩頻特性決定的力矩由矩頻特性決定的力矩(Nm) J電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Nms2)。 依照機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率依照機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率fqF ，可選擇，可選擇fq3. 空載起動(dòng)頻率空載起動(dòng)頻率fq （步（步/s） 空載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止突然起動(dòng)，進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行的最高頻率空載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止突然起動(dòng)，進(jìn)入

40、不丟步的正常運(yùn)行的最高頻率。是衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)快速性能的重要技術(shù)數(shù)據(jù)。是衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)快速性能的重要技術(shù)數(shù)據(jù)。 起動(dòng)頻率要比連續(xù)運(yùn)行頻率低得多，這是因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，既起動(dòng)頻率要比連續(xù)運(yùn)行頻率低得多，這是因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，既要克服負(fù)載力矩，又要克服運(yùn)轉(zhuǎn)部分的慣性矩，電動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)比連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)要克服負(fù)載力矩，又要克服運(yùn)轉(zhuǎn)部分的慣性矩，電動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)比連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)重。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的起動(dòng)頻率比空載的起動(dòng)頻率要低。時(shí)重。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的起動(dòng)頻率比空載的起動(dòng)頻率要低。 4. 起動(dòng)矩頻特性起動(dòng)矩頻特性 描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率與負(fù)載力矩的關(guān)系曲線。描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率與負(fù)載力矩的關(guān)系曲線。 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)

41、機(jī)帶著一定的負(fù)載轉(zhuǎn)距起動(dòng)時(shí)，作用在電當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶著一定的負(fù)載轉(zhuǎn)距起動(dòng)時(shí)，作用在電動(dòng)機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之差。負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之差。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，加速轉(zhuǎn)矩就越小，電動(dòng)機(jī)就不易轉(zhuǎn)起來(lái)。因此，矩越大，加速轉(zhuǎn)矩就越小，電動(dòng)機(jī)就不易轉(zhuǎn)起來(lái)。因此，其起動(dòng)頻率隨著負(fù)載的增加而下降。其起動(dòng)頻率隨著負(fù)載的增加而下降。Tf5. 空載運(yùn)行頻率空載運(yùn)行頻率fmax （步（步/s） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載起動(dòng)后，能不丟步連續(xù)運(yùn)行的最高脈步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載起動(dòng)后，能不丟步連續(xù)運(yùn)行的最高脈沖重復(fù)頻率稱(chēng)做空載運(yùn)行頻率沖重復(fù)頻率稱(chēng)做空載運(yùn)行頻率fmax。它也是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的重要。它也是步進(jìn)電

42、動(dòng)機(jī)的重要性能指標(biāo)，對(duì)于提高生產(chǎn)率和系統(tǒng)的快速性具有重要意義。性能指標(biāo)，對(duì)于提高生產(chǎn)率和系統(tǒng)的快速性具有重要意義。 fmax 應(yīng)能滿(mǎn)足機(jī)床工作臺(tái)最高運(yùn)行速度。應(yīng)能滿(mǎn)足機(jī)床工作臺(tái)最高運(yùn)行速度。6. 運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性 運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性Tf(F)是描述步是描述步進(jìn)進(jìn) 電動(dòng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩矩T與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。它與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。它是衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承載能力是衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承載能力的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。Tf三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源 1. 作用作用 發(fā)出一定功率的電脈沖信號(hào)，使定子勵(lì)發(fā)出一定功率

43、的電脈沖信號(hào)，使定子勵(lì) 磁繞組順序通電。磁繞組順序通電。 2. 基本要求基本要求 （1）電源的基本參數(shù)與電動(dòng)機(jī)相適應(yīng)；）電源的基本參數(shù)與電動(dòng)機(jī)相適應(yīng)； （2）滿(mǎn)足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率）滿(mǎn)足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率 的要求；的要求； （3）抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠；）抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠； （4）成本低，效率高，安裝維修方便。）成本低，效率高，安裝維修方便。 3. 組成組成 由環(huán)形分配器和功率放大器組成。（1） 環(huán)形分配器環(huán)形分配器 主要功能是將CNC裝置的插補(bǔ)脈沖，按 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各相輸入端，以控制勵(lì)磁繞組的導(dǎo)通或關(guān)斷。同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)有正反轉(zhuǎn)要求

44、，所以環(huán)形分配器的輸出是周期性的，又是可逆的。 硬件環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和控制方式設(shè)計(jì)的真值表或邏輯關(guān)系式，采用邏輯門(mén)電路和觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般由與非門(mén)和JK觸發(fā)器組成。常用的是專(zhuān)用集成芯片或通用可編程邏輯器件組成的環(huán)形分配器。 軟件環(huán)形分配器軟件環(huán)形分配器 按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求編制不同的軟環(huán)分程序，存入EPROM中。例：專(zhuān)用集成芯片例：專(zhuān)用集成芯片CH250兩坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)兩坐標(biāo)步進(jìn)電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng) x向和向和Z向步進(jìn)電機(jī)的三相定子繞組分別為向步進(jìn)電機(jī)的三相定子繞組分別為A、B、C相和相和abc相，分別經(jīng)各自的放大器、光電耦合器與計(jì)算機(jī)相，分別經(jīng)各自的放大器、光

45、電耦合器與計(jì)算機(jī)的的PIO(并行輸入輸出接口并行輸入輸出接口)的的PA0一一PA5相連。相連。（2）功率驅(qū)動(dòng)器（）功率驅(qū)動(dòng)器（功率放大電路） 將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號(hào)放大，以用足夠的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 最早的功率驅(qū)動(dòng)器采用單電壓驅(qū)動(dòng)電路，后來(lái)出現(xiàn)了雙電壓(高電壓)驅(qū)動(dòng)電路、斬波電路、調(diào)頻調(diào)壓和細(xì)分電路等。高低壓驅(qū)動(dòng)電路高低壓驅(qū)動(dòng)電路 其特點(diǎn)是供給步進(jìn)電機(jī)繞組有兩種電壓：一種是高電壓U1，由電機(jī)參數(shù)和晶體管特性決定，一般在80v至更高范圍，另一種是低電壓U2，即步進(jìn)電機(jī)繞組額定電壓，一般為幾伏，不超過(guò)20v。 高壓U1 ，以提高繞組中電流上升率，當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)、VT1關(guān)斷、VT2仍然導(dǎo)

46、通，則自動(dòng)切換到低壓U2。 該電路的優(yōu)點(diǎn)是在較寬的頻率范圍有較大的平均電流，能產(chǎn)生較大且穩(wěn)定的平均轉(zhuǎn)矩，其缺點(diǎn)是電流波頂有凹陷，電路較復(fù)雜。斬波驅(qū)動(dòng)電路斬波驅(qū)動(dòng)電路 可以克服高低壓驅(qū)動(dòng)電路的波頂?shù)陌枷菘梢钥朔叩蛪候?qū)動(dòng)電路的波頂?shù)陌枷菰斐筛哳l輸出轉(zhuǎn)矩的下降，使勵(lì)磁繞組中的電流維持在額定造成高頻輸出轉(zhuǎn)矩的下降，使勵(lì)磁繞組中的電流維持在額定值附近。值附近。 工作原理：工作原理：環(huán)形分配器輸出的正脈沖將環(huán)形分配器輸出的正脈沖將VT1、VT2導(dǎo)通，由于導(dǎo)通，由于U1電壓較電壓較高，繞組回路又沒(méi)串電阻，所以繞組電流迅速上升，當(dāng)繞組電流上升到高，繞組回路又沒(méi)串電阻，所以繞組電流迅速上升，當(dāng)繞組電流上升到額

47、定值以上的某一數(shù)值時(shí)，由于采樣電阻額定值以上的某一數(shù)值時(shí)，由于采樣電阻Re的反饋?zhàn)饔?，?jīng)整形、放大的反饋?zhàn)饔?，?jīng)整形、放大后送至后送至VT1的基極，使的基極，使VT1管截止。接著繞組由管截止。接著繞組由U2低壓供電，繞組中的低壓供電，繞組中的電流立即下降，但剛降到額定電流立即下降，但剛降到額定 值以下時(shí)，由于采樣電阻值以下時(shí)，由于采樣電阻Re的反饋?zhàn)饔?，使整形電路無(wú)信的反饋?zhàn)饔?，使整形電路無(wú)信號(hào)輸出，此時(shí)高壓前置放大電號(hào)輸出，此時(shí)高壓前置放大電路又使路又使VT1導(dǎo)通，電流又上升導(dǎo)通，電流又上升。如此反復(fù)進(jìn)行，形成一個(gè)在。如此反復(fù)進(jìn)行，形成一個(gè)在額定電流值上下波動(dòng)呈鋸齒狀額定電流值上下波動(dòng)呈鋸齒

48、狀的繞組電流波形，近似恒流。的繞組電流波形，近似恒流。第五章第五章 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 5-1 概述概述 5-2 檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置 5-4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 5-5 交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制 5-6 主軸驅(qū)動(dòng)主軸驅(qū)動(dòng) 5-7 位置控制位置控制伺服系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)（Servo System)CNC系統(tǒng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置控制信號(hào)控制信號(hào)反饋信號(hào)反饋信號(hào)光柵尺光柵尺 5-4 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制直流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制一、直流伺服電動(dòng)機(jī)一、直流伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)是指能夠精密地控伺服電動(dòng)機(jī)是指能夠精密地控

49、制其位置的一種電動(dòng)機(jī)。直流伺服制其位置的一種電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)是伺服電動(dòng)機(jī)的一種。電動(dòng)機(jī)是伺服電動(dòng)機(jī)的一種。1. 直流伺服電動(dòng)機(jī)分類(lèi)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直流伺服電動(dòng)機(jī)分類(lèi)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)槽轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)槽轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)空心杯轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)印刷繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)印刷繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)后三種直流伺服電動(dòng)機(jī)為小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)。后三種直流伺服電動(dòng)機(jī)為小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的組成直流伺服電動(dòng)機(jī)的組成 電動(dòng)機(jī)本體電動(dòng)機(jī)本體 主要由機(jī)殼、主要由機(jī)殼、 定子磁極和轉(zhuǎn)子組成。定子磁極和轉(zhuǎn)子組成。 檢測(cè)部件檢測(cè)部件 有高精度的測(cè)速

50、有高精度的測(cè)速 發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器以及發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器以及 脈沖編碼器等。脈沖編碼器等。特點(diǎn)特點(diǎn)l 小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī) 慣量小，響應(yīng)速度快，慣量小，響應(yīng)速度快， 但過(guò)載能力低。但過(guò)載能力低。l 永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，慣量大，穩(wěn)定性永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大，慣量大，穩(wěn)定性 好，調(diào)速范圍寬。好，調(diào)速范圍寬。l 但有電刷，限制速度的提高（但有電刷，限制速度的提高（10001500r/min）。）。2. 直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與調(diào)速方法直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與調(diào)速方法 （1）工作原理）工作原理 與一般直流電動(dòng)機(jī)的工作原理相同，是建立在電與一般直流電動(dòng)機(jī)的工作原理相同，是

51、建立在電磁力和電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的。磁力和電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的。 如圖（如圖（a）所示，直流電流從電刷）所示，直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過(guò)線圈流入，經(jīng)過(guò)線圈abcd，從電刷，從電刷 B 流出，載流導(dǎo)體流出，載流導(dǎo)體ab和和cd受到電磁力的作用，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。受到電磁力的作用，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如圖（當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如圖（b）所示的位置，電刷）所示的位置，電刷 A 和換向片和換向片2接觸，電刷接觸，電刷 B 和換向片和換向片1接觸，直流電流從電刷接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動(dòng)方向是流入，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷，從電刷 B 流出。此時(shí)載流導(dǎo)體流出。此時(shí)載流導(dǎo)體

52、ab和和cd受到電磁力的作用，它們產(chǎn)生受到電磁力的作用，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 外加的電源是直流的，但外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過(guò)的電流是交流的，線圈中流過(guò)的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。的。（2）直流伺服電機(jī)的速度控制原理）直流伺服電機(jī)的速度控制原理 MEaUuf 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子回路的電勢(shì)平衡方程：轉(zhuǎn)子回路的電勢(shì)平衡方程： EaURa Ia式中式中 Ra轉(zhuǎn)子回路電阻轉(zhuǎn)子回路電阻() I Ia轉(zhuǎn)子回路電流轉(zhuǎn)子回路電流(A)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感

53、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea可由下式求得可由下式求得 EaCen 式中式中 Ce電機(jī)械常數(shù)電機(jī)械常數(shù) 勵(lì)磁磁通勵(lì)磁磁通(Wb) n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)由上兩式由上兩式可得可得 eUCaaeRICn電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te(Nm)為為 TeCTIa 式中式中 CT轉(zhuǎn)矩系數(shù)，是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。轉(zhuǎn)矩系數(shù)，是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)。所以可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速所以可得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2eaeTRTC CeUCnn0n n 式中式中 n0理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 nn轉(zhuǎn)速降落轉(zhuǎn)速降落 根據(jù)上式可知，根據(jù)上式可知，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法，即改他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法，即改變外加電壓、改變勵(lì)磁磁通及改變轉(zhuǎn)子

54、回路電阻調(diào)速。變外加電壓、改變勵(lì)磁磁通及改變轉(zhuǎn)子回路電阻調(diào)速。2eaeTRTC CeUCnn0n 根據(jù)上式：勵(lì)磁磁通不可變，只有二種調(diào)速方法，而改根據(jù)上式：勵(lì)磁磁通不可變，只有二種調(diào)速方法，而改變轉(zhuǎn)子回路電阻一般不能滿(mǎn)足要求，通常采用改變轉(zhuǎn)子回路變轉(zhuǎn)子回路電阻一般不能滿(mǎn)足要求，通常采用改變轉(zhuǎn)子回路外加電壓的調(diào)速方法。外加電壓的調(diào)速方法。 這種調(diào)速方法是從額定電壓往下降低轉(zhuǎn)子電壓，即從額這種調(diào)速方法是從額定電壓往下降低轉(zhuǎn)子電壓，即從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速。該種調(diào)速方法屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，機(jī)械特性是定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速。該種調(diào)速方法屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，機(jī)械特性是一組斜率不變的平行直線，特性比較硬，且調(diào)速范圍寬。另一組斜率

55、不變的平行直線，特性比較硬，且調(diào)速范圍寬。另外，這種調(diào)速方法是用減小輸入功率來(lái)減小輸出功率的，所外，這種調(diào)速方法是用減小輸入功率來(lái)減小輸出功率的，所以具有比較好的經(jīng)濟(jì)性。以具有比較好的經(jīng)濟(jì)性。 永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法3. 永磁直流伺服電機(jī)的工作特性永磁直流伺服電機(jī)的工作特性 對(duì)于永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)，由于其伺服系統(tǒng)的要求，已對(duì)于永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)，由于其伺服系統(tǒng)的要求，已經(jīng)不能簡(jiǎn)單地用電壓、電流、轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)描述其性能，而經(jīng)不能簡(jiǎn)單地用電壓、電流、轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)描述其性能，而需要用一些特性曲線對(duì)其性能做全面描述。需要用一些特性曲線對(duì)其性能做全面描述。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩速度特性曲

56、線速度特性曲線 從圖中可以得出，從圖中可以得出，伺服電動(dòng)機(jī)的工作區(qū)伺服電動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域被溫度極限線、轉(zhuǎn)域被溫度極限線、轉(zhuǎn)速極限線、換向極限速極限線、換向極限線、轉(zhuǎn)矩極限線以及線、轉(zhuǎn)矩極限線以及瞬時(shí)換向極限線劃分瞬時(shí)換向極限線劃分成三個(gè)區(qū)域。成三個(gè)區(qū)域。瞬時(shí)換向瞬時(shí)換向極限線極限線轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速極限線線轉(zhuǎn)矩極限線轉(zhuǎn)矩極限線換向極限線換向極限線溫度極限線溫度極限線05001000150020004000600080001000012000T/(Ncm)n/(r/min)瞬時(shí)換向瞬時(shí)換向極限線極限線轉(zhuǎn)速極限轉(zhuǎn)速極限線線轉(zhuǎn)矩極限線轉(zhuǎn)矩極限線換向極限線換向極限線溫度極限線溫度極限線050010001500

57、20004000600080001000012000T/(Ncm)n/(r/min) 區(qū)域?yàn)檫B續(xù)工作區(qū)。在該區(qū)域中，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的任意組合都可長(zhǎng)期連續(xù)工作。 區(qū)域?yàn)閿嗬m(xù)工作區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，電動(dòng)機(jī)只能根據(jù)負(fù)載周期曲線所決定的允許工作時(shí)間 tR 和斷電時(shí)間 tF 作間歇工作。 區(qū)域?yàn)榧铀俸蜏p速區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，電動(dòng)機(jī)只能用于加速或減速，工作一段極短的時(shí)間。 圖中各條曲線為不同的過(guò)載圖中各條曲線為不同的過(guò)載倍數(shù)曲線倍數(shù)曲線. 橫坐標(biāo)為工作時(shí)間橫坐標(biāo)為工作時(shí)間tR (min)，縱坐標(biāo)為加載周期比?？v坐標(biāo)為加載周期比。 dtR(tR十tF) () 過(guò)載倍數(shù)過(guò)載倍數(shù):tmd負(fù)載轉(zhuǎn)矩連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩連續(xù)額

58、定轉(zhuǎn)矩. 二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制 常采用兩種速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)： 晶閘管調(diào)速系統(tǒng) 晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。時(shí)的電樞電壓和電流波形時(shí)的電樞電壓和電流波形例例 典型的雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)工作原理典型的雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)工作原理 速度反饋的閉環(huán)系統(tǒng)速度反饋的閉環(huán)系統(tǒng) 由速度調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度由速度調(diào)節(jié)器對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度 誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)誤差進(jìn)行調(diào)節(jié) 電流反饋環(huán)節(jié)電流反饋環(huán)節(jié) 由電流調(diào)節(jié)器對(duì)電樞回路引起的滯后由電流調(diào)節(jié)器對(duì)電樞回路引起的滯后 進(jìn)行補(bǔ)償，抑制主回路電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償，抑制主回路電流的變化2. PWM脈寬調(diào)制原理與系統(tǒng)脈寬調(diào)制原理與系統(tǒng) 晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系

59、統(tǒng)(PWM)的調(diào)速性能優(yōu)于晶閘管的調(diào)速性能優(yōu)于晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能；而且，功率晶體管的功率、耐壓等都調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能；而且，功率晶體管的功率、耐壓等都已有很大提高，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)中多采用已有很大提高，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)中多采用晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。原理：原理： 利用脈寬調(diào)制器，將直流電壓轉(zhuǎn)換成某一頻率的矩利用脈寬調(diào)制器，將直流電壓轉(zhuǎn)換成某一頻率的矩形波電壓，加到直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路兩端，通過(guò)對(duì)矩形波形波電壓，加到直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路兩端，通過(guò)對(duì)矩形波脈沖寬度的控制，改變轉(zhuǎn)子回路兩端的平均電壓，從而達(dá)到脈沖寬度的控制，改變轉(zhuǎn)子回路兩端的

60、平均電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。調(diào)速系統(tǒng)的組成：調(diào)速系統(tǒng)的組成：由控制電路、主回路及功率整流電路三由控制電路、主回路及功率整流電路三部分組成。其中控制電路由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和脈寬部分組成。其中控制電路由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和脈寬調(diào)制器（包括固定頻率振蕩器、調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、脈寬調(diào)制調(diào)制器（包括固定頻率振蕩器、調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、脈寬調(diào)制及基極驅(qū)動(dòng)電路）組成。及基極驅(qū)動(dòng)電路）組成。系統(tǒng)的核心部分是主回路和脈寬調(diào)系統(tǒng)的核心部分是主回路和脈寬調(diào)制器制器。速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制基極驅(qū)動(dòng)基極驅(qū)動(dòng)主主回回路路整流整流u-+振蕩器振蕩器電流反