伺服驱动系统选择与设计总结

动，负载变化，环境误差的影响），只要干扰因素不引起“丢步”，
二、步进电机的种类
（一）按运动形式：有旋转式和直线步进电机；
（二）从励磁相数分有（3、4、5、6相等）。 （三）就常用的旋转式步进电机的转子结构来说可分为三种：
1、反应式（可变磁阻型）
图 反应式步进电机 1－定子 2－转子
2、永磁式（PM）；
三、机电一体化系统对其伺服系统的要求
1）快速性： 2）精确性： 3）稳定性 ： 即输出量能迅速而精确地响应
指令输入的变化，称为随动系统或
自动跟踪系统。
四、执行元件的类型及特点
1、执行元件作用
它位于电气（电子）装置与机 械部件之间，根据指令进行能量的 转换，将输入的各种形式的能量 （如电能、液压能、气压能、化学
1、按其控制原理——开环、全闭环和半闭环；
2、按其驱动方式 ——电气伺服、气压伺服、液压伺服 3、按其被测控量的性质
——速度、位置、同步、扭矩控制等形式；
4、按其执行元件 ——步进伺服、直流伺服、交流伺服等形式。 应用提示：开环系统的执行元件大多采用步进电机、闭环和半 闭环伺服系统的执行元件大多采用直流伺服电机。
制量的一种自动控制系统。它在控制命令的指挥下，控制执行元件工作，使机
械运动部件按照控制命令的要求进行运动，并具有良好的动态性能，实现机电 一体化的驱动（操作）功能。
（二）一般组成
电源装置
信号 ＋ 信号转换电路 输入 － 检测装置 补偿装置 放大装置 输出 执行机构 被控对象
图 伺服系统的一般组成
二、伺服系统的分类
五、机电一体化系统对执行元件的要求
1、惯量小、动力大； 2、体积小，重量轻； 3、便于维修，安装； 4、快速性能好，即加（减）速扭矩大，频率特性好； 5、可靠性高，寿命长； 6、便于微机控制。
六、伺服系统选择和设计要点
1、选择适用范围的伺服系统；
2、适当精度的控制方式；
3、简单的机械传动方案。
第二节 步进电机及其控制
四、主要性能指标
1、步距角
360 ， KPZ
0
拍数（m） K 相数（P）
注， ① n
60 f PKZ
；
②目前我国步进电动机的步距角为0.360～900，最常用的为：
能等）转换为机械能（机械部件运
动所需的）。
2、执行元件的种类
图 执行元件的种类
控制用电机的种类、特点及选用（结合表书3.2）
图 常用电动 机适用范围
3、执行元件的特点
类型 电 气 式 特 点 优 点 缺 点
可使用商用电源；信号 操作简单；编程容易；能 与动力的传送方向相同； 实现规定位伺服；响应快、 有交流和直流之别，须 易与CPU相接；体积小，动 注意电压的大小 力较大；无污染 瞬时输出功率大；过载差， 特别是由于某种原因而卡 住时，会引起烧毁事故， 易受外部噪声影响。 功率小，体积大，动作不 够平稳；不易小型化；远 距离传输困难；工作噪声 大、难于伺服、
图 步进电机 1－定子 2－转子 3－励磁线圈
3、混合式(HB)
步进电机工作原理
典型结构
U1
V2 W2
W1
U2
V1
三、步进电机工作原理（以反应式为例）
拍——定子绕组每改变一次 通电方式。（旋转一周改变次数） 单——每次切换前后只有项 通电。 双——有两相通电。
图 步进电机简图
表 反应式步进电机环形分配方式
步进电机是一种将脉冲信号变换成相应的直线位
移（或角位移）的数字/模拟变换器。
一、步进电机的特点
1、输出转角与输入脉冲严格成正比，且在方向上与输入脉冲同 步。每输入一个电脉冲，电机就转动一个角度（步距角），当连续 不断地输入机各相绕组的通电顺序可以控
第三章 机电一体化系统执行元件的选择与设计
第一节 伺服系统与执行元件概述
第二节 步进电动机及其驱动 第三节 直流（DC）伺服电动机 第四节 交流伺服电机 第五节 执行元件的特性分析
第一节 伺服系统与执行元件概述
一、伺服系统的基本概念及一般组成
（一）伺服系统定义
伺服系统：以机械参数（位移、速度、加速度、力和力矩等）作为被控
三相六拍（1－2相励磁）
四相单四拍（1相励磁） 四相双四拍（2相励磁） 四相八拍（1－2相励磁） 五相单五拍（1相励磁） 五相双五拍（2相励磁） 五相十拍（2－3相励磁） 六相单六拍（1相励磁） 六相双六拍（2相励磁） 六相六拍（3相励磁） 六相十二拍(2－3相励磁)
2
1 1 2 1 1 2 1 1 1 2
气 压 式
液 压 式
空气压力源的压力为 气源方便、成本低；无泄 （5～7）×105Pa；要求 漏污染；速度快、操作比 操作人员技术熟悉。 较简单
设备难于小型化；液压源 要求操作人员技术熟练； 输出功率大，速度快，动 或液压油要求（杂质、温 液压源压力为（20～80） 作平稳，可实现定位伺服； 度、测量、质量）严格， ×105Pa 易与CPU相接；响应快。 易泄漏且有污染
相 数
3 3
环形分配方式
A－B－C－A…… AB－BC－CA－AB……
名称
三相单三拍（1相励磁） 三相双三拍（2相励磁）
系 数k
1 1
3
4 4 4 5 5 5 6 6 6 6
A－AB－B－BC－C－CA－A……
A－B－C－D－A…… AB－BC－CD－DA－AB…… A－AB－B－BC－C－CD―D―DA－A…… A－B－C－D―E―A…… AB－BC－CD－DE－EA－AB…… AB－ABC－BC－BCD－CD－CDE－DE－DEA－EA－EAB－AB…… A－B－C－D－E－F－A…… AB－BC－CD－DE－EF－FA－AB…… ABC－BCD－CDE－DEF－EFA－FAB－ABC…… AB－ABC－BC－BCD－CD－CDE－DE－DEF－EF－EFA－FA－FAB－AB……
制电机转角、转速与转向（很容易用微机实现数字控制）。
2、输出转角的精度高，虽有（相邻）步距角误差，但无累积 误差，有步距角误差，但转子转速转过一转以后，其（一转内）累
积误差为“0”,不会长期积累。
3、可实现平滑无级调速。调速范围较宽。 4、步进电机的工作状态不易受各种干扰因素影响（如电压波 就不影响正常工作。 5、其它：启停时间短，一般在信号输入几毫秒后就使电动机 达到同步转速，信号切断后电机立即停止转动。