机电一体化技术第六章 伺服技术

6.3.1 步进电动机分类
S N
(a)永磁式； (b)反应式； (c)混合式 图6-5 步进电机构造
6.3.2 步进电动机的工作原理
1、结构
注意：步进电机通的是 直流电脉冲
步进电机主要由两部分构成：定
子和转子。它们均由磁性材料
构成。定、转子铁心由软磁材
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料或硅钢片叠成凸极结构，定、
转子磁极上均有小齿，定、转
从系统结构特点来看，伺服系统又可分为开 环控制伺服系统、半闭环控制伺服系统和闭环 控制伺服系统。
6.1.2 伺服驱动的分类
开环伺服系统简图
图6-1 开环控制系统
半闭环伺服系统简图
图6-2 半闭环控制系统
6.1.2 伺服驱动的分类
全闭环伺服系统简图
图6-3 闭环控制系统
6.1.2 伺服驱动的分类
3．按驱动元件的类型分类 按驱动元件的不同分类，是最常用的一种方法，
可分为液压伺服系统、气压伺服系统、电气伺服系统。
液压伺服系统是较早期的伺服驱动装置，也是功 率最大的伺服驱动装置。电气伺服系统是发展最快的 驱动装置，也是目前最实用的伺服驱动装置。电气伺 服系统根据电机类型的不同又可分为步进电机伺服系 统、直流伺服系统和交流伺服系统等，三者互相补充， 互相竞争，发展极为迅速。
6.2 伺服系统的组成及要求
6.2.1 伺服系统的组成 伺服控制系统一般包括比较环节、控制器、
执行环节、被控对象和检测环节等部分。图6-4所 示为数控机床工作台伺服系统的组成框图。
图6-4 伺服驱动的组成框图
6.2.1 伺服系统的组成
比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号 进行比较，获得输出与输入间偏差信号，以两者的差 值作为伺服系统的跟随误差。
A相B相C相
通电顺序也可以为： A 相 C 相 B 相
6.3.2 步进电动机的工作原理
3 、工作 过程
A
B' 1 C'
42
C 3B
A'
A 相通电，A 方向的磁通经 转子形成闭合回路。若转 子和磁场轴线方向原有一 定角度，则在磁场的作用 下，转子
被磁化，吸引转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的 路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁 阻转矩，使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。
改变控制电压的大小和相位(或极性)就 可改变伺服电动机的转速和转向。
6.2.3 伺服电机概述
3 、伺服电机与普通电机相比具有如下特点
根据电机的不同应用领域，交流伺服电机 属于控制类电机，伺服的基本概念是准确、精 确、快速定位。普通电机传动类。
(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控 制电压改变，能在宽广的范围内连续调节。 (2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。 (3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
在很多情况下，伺服系统专指被控制量(系 统的输出量)是机械位移或速度、加速度的反馈 控制系统，其作用是使输出的机械位移(或转角) 准确地跟踪输入的位移(或转角)。
6.1.2 伺服的分类
1．按被控量参数特性分类 按被控量不同，机电一体化系统可分为位
移、速度、力矩等各种伺服系统。 2．按系统结构特点分类
(1) 稳定性好。 (2) 精度高。 (3) 快速响应性好。 (4) 调速范围宽。
6.2.3 伺服电机概述
1、定义：伺服电动机也称为执行电动机， 在控制系统中用作执行元件，将电信号转换 为轴上的转角或转速，以带动控制对象。 2、伺服电机最大特点
在有控制信号输入时，伺服电动机就转 动；没有控制信号输入，它就停止转动；
第一章 目录
1
6.1 伺服概述
2
6.2 伺服系统的结构组成及要求
3
6. 3 步进电动机
4
6.4 伺服电动机
6.1 伺服概述
伺服驱动技术是机电一体化的一种关键技 术，在机电设备中具有重要的地位，高性能的 伺服系统可以提供灵活、方便、准确、快速的 驱动。
6.1.1伺服的概念
“伺服”一词源于希腊语“奴隶”，英语 “Servo”。在伺服驱动方面，我们可以理解为电 机转子的转动和停止完全根据信号的大小、方向， 即在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之 后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时自 行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名—— 伺服系统。
执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的 各种形式的能量转换成机械能，驱动被控对象工作。 被控对象是指被控制的机构或装置，是直接完成系统 目的的主体。
被控对象一般指机器的运动部分，包括传动系统 、执行装置和负载，如工业机器人的手臂、数控机床 的工作台以及自动导引车的驱动轮等。
6.2.2 伺服系统的基本要求
三相单三拍的特点：
（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。
6.3.2 步进电动机的工作原理
A
B'
C'
C
B
A'
B相通电，转子2、4齿和B 相轴线对齐，相对A相通电 位置转30；
A
B'
C'
C
B
A'
C相通电再转30
6.3.2 步进电动机的工作原理
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。
6.3 步进电动机
1、简介：步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。
2、特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比.
6.3.1 步进电动机分类
按励磁方式分类：
1）永磁式：转子的极数=每相定子极数，不开小齿， 步距角较大，力矩较大。 2）反应式：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应 用最广。 3）感应子式(混合式)： 开小齿，混合反应式与永磁式 优点：转矩大、动态性能好、步距角小。
以反应式为例说明步进电机的结构和原理
子的齿数相等。其中定子有六
个磁极,定子定子磁极上套有
星形连接的三相控制绕组，每
两个相对的磁极为一相，组成
一相控制绕组,转子上没有绕
组。转子上相邻两齿间的夹角
t

360 Zr
称为齿距角
6.3.2 步进电动机的工作原理
2 、工作方式 可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双
三拍等。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为：