2019机电一体化cug(ch4伺服驱动技术).ppt

若通电顺序改为A→C→B→A…， 步进电动机的转子将顺时针转动30。 这种通电方式称为三相三拍，而通 常的通电方式为三相六拍，其通电 顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A… 或A→AC→C→CB→B→BA→A…，相 应地，定子绕组的通电状态每改变 一次，转子转过15· 。
三相三拍工作方式
三相六拍工作方式
变频信号源
脉冲分配器
功率放大器
步进电机
驱动电源
步进电机驱动组成框图
升
f
速
恒速
减速
低速
起点 时间
终点 时间
t
步进电机的加减速过程
步进电机驱动电源
脉冲分配器 （环形分配器）
软件脉冲分配
软件环形分配器的设计方法有很多，如查表法、比较法、移位寄存器法 等，它们各有特点，其中常用的是查表法。
步序
正转 反转
思考题：三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。 (1)如果电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入 脉冲频率为多少? (2)如果电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入 脉冲频率为多少?
三、步进电机分类 （1）反应式步进电机：定子转子均有铁心组成，转子无绕组， 步进运行由定子绕组通电历磁产生的反应力矩作用实现。
特点：结构简单，工作可靠，运行频率高，步距角小。 应用：数控设备，机器人。 （2）永磁式步进电机：转子用永磁铁，靠与定子产生电磁力 特点：控制功率小，效率高，造价低，但步距角大。 应用：记录仪，空调机。 （3）混合式步进电机：转子有齿，带固定极性。
特点：步距角小，工作频率高，控制功率小。但结构复 杂，成本高。
第四章
伺服驱动技术
一、伺服执行机构概述 二、步进电机的原理及驱动 三、直流伺服电机的原理及驱动 四、交流伺服电机的原理及驱动
第一节
伺服执行机构概述
伺服执行元件的特点及类型
机电控制系统对执行元件的要求
一般来说，工作机的执行机构要对外界做 功，因此必须实现一定的运动和传递必要的 动力。通常对执行机构提出如下基本要求：
1-绕组 2-定子铁心 3-转子铁心 反应式步进电动机结构原理图
一、步进电动机的工作原理
步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。
当A相绕组通电时，转子的齿与定子AA上的齿对齐。若A相断 电，B相通电，由于磁力的作用，转子的齿与定子BB上的齿对齐， 转子沿逆时针方向转过，如果控制线路不停地按A→B→C→A… 的顺序控制步进电动机绕组的通断电，步进电动机的转子便不 停地逆时针转动。
二、步进电机特点
（1）步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个 确定的角度，即步距角； （2）改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变； （3）步进电动机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度 越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高； （4）步进电动机步距角与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式k有 关，可用下式表示： = 360/(mzk) 式中m相m拍时，k=1； m相2m拍时，k=2。
定子磁极 D’ 定子
A
B 转子 控制绕组 C
C’
B’ A’
D
磁阻式步进电机
控制绕组 定子磁极 定子 A B
N S N S
永 磁 转 子
永磁式步进电机
四、步进电机的驱动与控制
步进电机的驱动方法
步进电动机的运行特性与配套使用的驱动 电源有密切关系。 驱动电源是电路结构 简单，不足之处是 Rc 消耗能量 大，电流脉冲前后沿不够陡， 在改善了高频性能后，低频工 作时会使振荡有所增加，使低 频特性变坏。
2．高低电压功率放大电路
电源U1为高电压，电源大约为 80～150V，U2为低电压电源，大约 为5～20V。在绕组指令脉冲到来时， 脉冲的上升沿同时使VT1和VT2导通。 由于二极管VD1的作用，使绕组只加 上高电压U1，绕组的电流很快达到 规定值。到达规定值后，VT1的输入 脉冲先变成下降沿，使VT1截止，电 动机由低电压U2供电，维持规定电 流值，直到VT2输入脉冲下降沿到来 VT2截止。 不足之处是在高低压衔接处的电 流波形在顶部有下凹，影响电动机 运行的平稳性。
可选Z1=20，Z2=40，模数=1.5的齿轮传动副。
例
将改造一台 C620 车床，其纵向丝杠的螺距 t=12mm ，采用 110BF003 型步进电动机，步距 α =0.75°，系统规定的纵向步 进当量 ι =0.01mm ，计算步进电动机与纵向丝杠之间的联接传 动比。
解：
可选 则可采用挂轮。
，模数m=1.5的齿轮传动副。当i为小数时，
对于上图所示的单定子、径向分相、反应式步进电动机，当它以三相三拍通电 方式工作时，其步距角为：=360/(3×4×1)=30 若按三相六拍通电方式工作，则步距角为：=360/(3×4×2)=15 步距角：常见的步距角 0.60/1.20 , 0.750/1.50 , 0.90/1.80 ,10/20, 1.50/30 等。
导电相
工作状态
C BA
数值（16进制）
程序的数据表
TAB
A
AB B
001
011 010
01H
03H 02H
TAB0 DB 01H
TAB1 DB 03H TAB2 DB 02H
BC
C CA
110
100 101
06H
04H 05H
TAB3 DB 06H
TAB4 DB 04H TAB5 DB 05H
五、步进电动机的功率驱动电路 1．单电压功率放大电路
例：某步进电机有 80 个齿 , 采用 3 相 6 拍方式驱动，经 丝杠螺母副驱动工作台做直线运动 , 丝杠的导程L=6mm。 求： (1) 步进电机的步矩角 。
(2) 当脉冲当量δ为0.01mm时,试设计此传动系统。
i=Z2/Z1=αL/360δ δ=αL/360i
(1) k=6/3=2 = 360/(mzk) =360/(3×80×2)=0.75。 (2) I=Z2/Z1=α L/360δ =0.75×6/360×0.01=2/1
（1）能够实现系统所需的运动；
（2）传递必要的动力；
（3）保证系统具有良好的动态品质。
机电一体化系统执行元件应满足的性能要求：
（1）惯量小、动力大；
（2）体积小、重量轻；
（3）快速性好，加减速扭矩大，频率特性好； （4）位置控制精度高。
伺服电机控制方式
伺服电机比较
第二节
步进电动机
一、步进电动机的结构和工作原理 与普通电动机一样，也是由定子和转子构成，其中定子又 分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成，定 子绕组是绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上的线圈，在直径方 向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。 图示的步进电动机可构成A、B、C三相控制绕组，故称三相步进 电动机。