常用驱动器及其控制(1)
03211机电系统智能控制技术答案课程考试说明
03211机电系统智能控制技术课程考试说明一、课程使用教材、大纲机电系统智能控制技术的教材为《机电一体化技术基础与产品设计》，刘杰编著，冶金工业出版社，2010年版。
二、本课程的试卷题型结构及试题难易度1.试卷题型结构表2．试卷按“了解”、“掌握”、“熟练掌握”三个认知层次命制试题，“了解”30%，“掌握”40%，“熟练掌握”为30%。
3．试卷难易程度大致可分为“容易”、“中等偏易”、“中等偏难”、“难”。
根据课程的特点，每份试卷中，不同难易程度试题所占的分数比例大致依次为“容易”占30分、“中等偏易”30分、“中等偏难”20分、“难”占20分。
三、各章内容分数的大致分布四、各章内容的重、难点五、各题型试题范例及解题要求1.单项选择题（每小题1分，共16分）要求：在下列每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将其字母标号填入题干的括号内。
范例：MCS-51单片机中，堆栈指针当前值SP=35H，执行指令RET后SP的值为（ A ）A. 33HB. 34HC. 36HD. 37H2.填空题（每空1分，共10分）范例：从传递信息的类型分，计算机总线包括总线、地址总线和数据总线三种。
解答：控制（直接将答案积分填在横线上，不需要写出过程）3.简答题（每小题6分，共30分）要求：写出详细要点。
范例：为满足使用要求，机电一体化系统的机械传动结构在设计时主要采用哪些措施？解答：（1）缩短传动链，简化主传动系统的机械结构；（1分）（2）采用摩擦系数很低的传动部件和导向支撑部件；（1分）（3）提高传动与支承的刚度；（1分）（4）选用最佳传动比，提高系统分辨率，减少转动惯量；（1分）（5）缩小反向死区误差；（1分）（6）改进支承及架体的结构设计以提高刚性，减小振动，降低噪声。
（1分）4.编程题（每小题8分，共24分）范例：利用MCS-51单片机的定时/计数器功能，使端口P1.0输出一个周期2ms的方波，试用定时器T0，以方式0编写该程序。
专题1 直流有刷电机控制
直流减速电机，即齿轮减速电机，是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱
齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不 同的转速和力矩。这大大提高了，直流电机在自动化行业中的使用率。
减速电机的特色首要有以下几点： 减速电机节约空间，牢靠经用，能承受一定的过载能力，功率能满意的需求； 减速电机能耗低，性能优越；
伺服电机有直流和交流之分，最早的伺服电 机是一般的直流电机，在控制精度不高的情 况下，才采用一般的直流电机做伺服电机。 当前随着永磁同步电机技术的飞速发展，绝 大部分的伺服电机是指交流永磁同步伺服电 机或者直流无刷电机。
优点：可使控制速度，位置精度非常准确， 效率高，寿命长。
缺点：控制复杂，价格昂贵，需要专业人士 才能控制。
电机控制都是必须有驱动器的。
外部电源
STM32 控制器
脉冲信号
电机引线
电机驱动器
电机
可选部分
位置反馈
负载转速：电机在负载力矩下的转速（单位：rpm或转/分钟或r/min)； 负载电流：电机在负载力矩下的电流（单位：mA毫安或A安）；
堵转力矩：又叫启动扭力，为电机所能承受的最大扭力标准，超过该扭力，电机将停转或堵 转（单位：g-cm克每厘米或kg-cm公斤每厘米）；
堵转电流：也叫启动电流，为电机遭到堵转停止时候的最大电流；（单位：mA毫安或A安）；
电磁转矩产生
电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的旋转轴与机械负载相联。电流从电刷A流入电枢 绕组，从电刷B流出。电枢电流Ia与磁场相互作用产生电磁力F，其方向可用左手定则判定。 这一对电磁力所形成的电磁转矩T，使电动机电枢逆时针方向旋转。
电磁转矩与电枢旋转方向关系：同向
云南一机驱动器说明书
云南一机驱动器说明书第一章：产品介绍1.1 产品概述云南一机驱动器是一种用于控制电机运行的设备，广泛应用于各个领域的机械设备中。
本驱动器采用先进的技术，具有高效、稳定、可靠的特点。
1.2 产品特点1）高效能：采用先进的控制算法和优化设计，提高能源利用率，降低能源消耗。
2）稳定性强：具备良好的电磁兼容性和抗干扰能力，确保电机运行平稳。
3）可靠性高：采用高品质的元器件和严格的生产工艺，提高产品的可靠性和使用寿命。
4）操作简便：采用人性化设计，配备直观的操作界面，方便用户进行操作和监控。
5）安全可靠：具备多种保护功能，如过载保护、短路保护等，保障设备和人员安全。
第二章：安装与调试2.1 安装准备在安装之前，用户需要检查驱动器的外观是否完好，确认所需的安装配件是否齐全。
同时，还需根据实际需要选择合适的安装位置，并确保该位置通风良好、无阻碍，并且远离易燃、易爆等危险物品。
2.2 连接电源将驱动器的电源线与电源接触器的电源输出端相连，并确保连接牢固可靠。
然后，将电源线的另一端插入电源插座中，但在开机之前，必须确保电源开关处于关闭状态。
2.3 连接电机将驱动器的输出端与电机的输入端连接，注意正确连接相位和接线方式。
接线完成后，应检查连接是否牢固，并确保绝缘性能良好，以防电气故障。
2.4 调试设置在连接完成后，用户需要按照说明书中的操作步骤进行相应的调试设置。
根据实际需求，设置驱动器的运行参数、控制模式、速度曲线等，确保驱动器能够满足设备的要求。
第三章：使用与维护3.1 启动与停止在正式使用驱动器之前，用户需要确保所有的连接都正确无误，并按照说明书中的启动步骤进行操作。
启动后，用户可以通过操作界面进行参数调整和监控。
在停止使用驱动器时，用户应先将电机停止运行，然后再关闭驱动器的电源开关。
同时，还需定期进行设备的维护与检查，确保设备的正常运行。
3.2 故障排除在使用过程中，如果发生故障，用户可以根据说明书中的故障排除指南进行相应的处理。
伺服电机及其控制原理
伺服电机及其控制原理伺服电机是一种能够根据外部控制信号来实现准确位置控制的电动机。
它通过搭配编码器或传感器，能够反馈运动信息，实现高精度的运动控制。
伺服电机广泛应用于机器人、自动化设备、工业生产线以及医疗仪器等领域。
伺服电机的工作原理可以简单描述为：通过控制器将目标位置和当前位置进行比较，计算出位置偏差，并通过电机驱动器控制电机旋转，使得位置偏差最小化，从而实现精确的位置控制。
通常情况下，伺服电机控制系统由以下几个主要组成部分构成：1.电机：伺服电机通常采用直流电机或交流电机，有时也会采用步进电机。
电机的类型和规格取决于具体的应用需求。
2.编码器或传感器：它们负责检测电机的位置或运动状态，并将这些信息反馈给控制器。
编码器可以采用不同的工作原理（如光电式、磁电式等），用于提供高精度的位置反馈。
3.控制器：控制器是伺服系统的核心部件，其功能是接收来自外部的指令信号，并输出给电机驱动器。
控制器通常采用微处理器或数字信号处理器（DSP）来实现控制算法，并与编码器/传感器配合使用，实现位置反馈和误差校正。
4.电机驱动器：电机驱动器负责将来自控制器的指令信号转化为电流或电压输出，控制电机的旋转。
电机驱动器通常包含功率放大器、保护电路和信号转换电路等部分。
伺服电机的控制原理基于闭环反馈控制的思想，主要包括位置控制和速度控制两个方面。
对于位置控制，控制器将目标位置与当前位置进行比较，并计算出位置误差。
根据误差大小和方向，控制器调整输出信号，通过电机驱动器控制电机的旋转，使得位置误差最小化。
位置反馈信号由编码器或传感器提供，控制器通过比较反馈信号和目标位置来实现闭环控制。
对于速度控制，控制器将目标速度与当前速度进行比较，并计算速度误差。
根据误差大小和方向，控制器调整输出信号，通过电机驱动器控制电机的转速，使得速度误差最小化。
速度反馈信号通常由编码器或传感器提供，控制器通过比较反馈信号和目标速度来实现闭环控制。
在实际应用中，伺服电机控制系统还需要考虑加速度、阻尼等因素，以实现更加精确的运动控制。
电机控制电路的工作原理(一)
电机控制电路的工作原理(一)电机控制电路的工作原理1. 概述•电机控制电路是一种用于控制电机运行的电路，是电机驱动的重要组成部分。
•通过控制电路，可以实现电机的启动、停止、速度调节和方向控制等功能。
2. 电机基本原理•电机是利用电磁感应原理将电能转化为机械能的设备。
•基本原理包括电磁感应、磁场和电流之间的相互作用等。
•不同类型的电机，如直流电机、交流电机和步进电机，其工作原理略有不同。
直流电机工作原理•直流电机是利用电磁感应原理产生转矩，实现旋转运动的电机。
•通过直流电源和电刷子将电能传递给电枢产生磁场，与永磁体产生相互作用，从而使电机旋转。
交流电机工作原理•交流电机是利用交流电源供电，通过磁场和电流交互作用产生旋转运动的电机。
•交流电机包括感应电机和同步电机，其工作原理基于电磁感应和磁场转动的原理。
步进电机工作原理•步进电机是将电脉冲信号转换为角位移的电机。
•通过不同的脉冲信号，可实现电机按固定角度旋转，用于定位和控制精度要求较高的应用。
3. 电机控制电路组成电机控制电路由多个组件组成，包括电源、开关、驱动器和反馈系统等。
电源•电源为电机提供工作所需的电能。
•一般使用直流电源或交流电源，根据电机类型和工作需求选择合适的电源。
开关•开关用于控制电机的启动、停止和方向控制。
•常见的开关包括手动开关、按钮开关和继电器等。
驱动器•驱动器是控制电机速度和转向的关键组件。
•根据电机类型的不同，驱动器可以是电调或控制器。
•通过调节驱动器的输出信号，可以实现对电机速度和方向的控制。
反馈系统•反馈系统用于监测电机运行状态，并将信息反馈给控制器。
•常见的反馈系统包括编码器、传感器和霍尔效应元件等。
4. 电机控制电路工作过程电机控制电路的工作过程可分为电源供电、开关控制、驱动器调节和反馈系统返回等环节。
电源供电•首先，电源为电机提供工作所需的电能。
•根据电机的额定电压和电流，选择合适的电源进行供电。
开关控制•开关用于控制电机的启动、停止和方向控制。
步进电机
主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源， 主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源，
带惯性负载的能力不强。 带惯性负载的能力不强。
种类： 种类： 磁阻式(反应式) 励 磁 方 式 永磁式 混合式
转子有多相磁极，而转子用软磁材料制成,三相 转子用永磁材料制成，这样可提高电机 的输出转矩，减少定子绕组的电流。两 相 两相、三相和五相
1 结构
步进电机主要由两部分构成：定子和转子。 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，其上分别有六个、 由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。 定子绕组
反应式步进电机的定子上有 磁极， 磁极，每个磁极上有激磁绕 转子无绕组， 定子组，转子无绕组，有周向均 布的齿， 布的齿，依靠磁极对齿的吸 合工作。 合工作。如图所示为三相步 进电机，定子上有三对磁极， 进电机，定子上有三对磁极， 分成A、 、 三相 三相。 分成 、B、C三相。为简 化分析，假设转子只有4个 化分析，假设转子只有 个 齿。
以上三种工作方式， 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
2 步进电机的主要特性 2.1 步距角及其精度 指每给一个脉冲信号，电动机转子应转过角度的 理论值。它取决于电机结构和控制方式。步距角 可按下式计算：
根据结构分类 步进电机可制成轴向单段式和多段式。多段式又 称为轴向分相式，定子每相是一个独立的段，各 段只有一个绕组，结构完全相同，
1－ 线圈
2－ 定子
3－转子
三段式（三定子）轴向分相步进电机 三段式（三定子）
旋转励磁型5相步进电机 减速－制动复合型5相步进电机
步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电机驱动 步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（ ）。控制器 脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量， 控制器（ 器）。控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准 确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调 速的目的。 速的目的。
驱动器说明书(V4[1][1].5)
![驱动器说明书(V4[1][1].5)](https://img.taocdn.com/s3/m/6e64f54a852458fb770b56b1.png)
SIGN+ 44 SIGN- 43
220
A
26LS31
B
驱动器
Z
3 OA+ 19 OA4 OB+ 20 OB5 OZ+ 21 OZ-
34 CZ
Байду номын сангаас
FG 15
机壳地
35 GND
伺服电机 华工系列 电机
2 3 4 4
2 编码器
3 4 7 5 8 6 9 10 13 11 14 12 15
1
A Α B
Β 编码器信号 Z Ζ
7.3 注意事项 …………………………………………………………………………………36 7.4 调整与设置………………………………………………………………………………37
7.4.1 选择电机型号……………………………………………………………………37 7.4.2 驱动器的增益调整……………………………………………………………… 37 7.4.3 电子齿轮设置 …………………………………………………………………… 38 7.4.4 启动特性调整 ……………………………………………………………………38 7.5 常见问题…………………………………………………………………………………39 7.5.1 恢复缺省参数…………………………………………………………………… 39 7.5.2 频繁出现 Err-30、Err-31、Err-32 报警…………………………………………40 7.5.3 出现 Power 灯不能点亮现象……………………………………………………40 7.6 相关知识 ……………………………………………………………………………… 40 7.6.1 位置分辨率和电子齿轮的设置…………………………………………………40 7.6.2 位置控制是的滞后脉冲……………………………………………………… 41 第八章 与 KND 系统的连接………………………………………………………………………42 8.1 与 K100、K1000 系统的连接…………………………………………………………42 8.2 与 K10M 系统的连接……………………………………………………………………42 8.3 与 K1 系统的连接 ……………………………………………………………………43 8.4 反馈电缆的连接 ……………………………………………………………………43
直流无刷电机驱动器说明书（1）
直流⽆刷电机驱动器说明书（1）BLDC⽆刷电机驱动器(UB510)使⽤⼿册w w w.u p u ru.c o m感谢您使⽤本产品，本使⽤操作⼿册提供UB510驱动器的配置、调试、控制相关信息。
内容包括。
l驱动器和电机的安装与检查l试转操作步骤l驱动器控制功能介绍及调整⽅法l检测与保养l异常排除本使⽤操作⼿册适合下列使⽤者参考l安装或配线⼈员l试转调机⼈员l维护或检查⼈员在使⽤之前，请您仔细详读本⼿册以确保使⽤上的正确。
此外，请将它妥善放置在安全的地点以便随时查阅。
下列在您尚未读完本⼿册时，请务必遵守事项： l安装的环境必须没有⽔⽓，腐蚀性⽓体及可燃性⽓体l接线时禁⽌将电源接⾄电机 U、V、W 的接头，⼀旦接错时将损坏驱动器 l在通电时，请勿拆解驱动器、电机或更改配线l在通电运作前，请确定紧急停机装置是否随时启动l在通电运作时，请勿接触散热⽚，以免烫伤警告：驱动器⽤于通⽤⼯业设备。
要注意下列事项：(1).为了确保正确操作，在安装、接线和操作之前必须通读操作说明书。
(2).勿改造产品。
(3).当在下列情况下使⽤本产品时，应该采取有关操作、维护和管理的相关措施。
在这种情况下，请与我们联系。
①⽤于与⽣命相关的医疗器械。
②⽤于可能造成⼈⾝安全的设备，例如：⽕车或升降机。
③⽤于可能造成社会影响的计算机系统④⽤于有关对⼈⾝安全或对公共设施有影响的其他设备。
(4).对⽤于易受震动的环境，例如：交通⼯具上操作，请咨询我们。
(5).如未按上述要求操作，造成直接或间接损失，我司将不承担相关责任。
1概述本公司研发⽣产的BLDC驱动器是⼀款⾼性能，多功能，低成本的带霍尔传感器直流⽆刷驱动器。
全数字式设计使其拥有灵活多样的输⼊控制⽅式，极⾼的调速⽐，低噪声，完善的软硬件保护功能，驱动器可通过串⼝通信接⼝与计算机相连，实现PID参数调整，保护参数，电机参数，加减速时间等参数的设置，还可进⾏IO输⼊状态，模拟量输⼊，告警状态及母线电压的监视。
380V30kWM3M2二代单轴驱动器硬体操作说明书(SPD-32B1-300)
确保连接线连接牢固，避免松动造成故障。 编码器用于检测电机旋转角度和速度，并反馈给驱动器进行控制。连接编码器时，需要根据编码器型号和驱动器要求，进行正确的连接，并确保连接可 靠。
急停及限位开关连接
急停开关连接
连接到驱动器上的急停开关，安全功能。紧急情况下按下急停按钮，驱动器立即停止运行，防止意外事故发生。
380V 30kW M3M2 第二代单轴驱动器硬 件操作说明书 (SPD32B1-300)
本手册介绍了 380V 30kW M3M2 第二代单轴驱动器 (SPD-32B1-300) 的硬件 操作，包括连接、参数设置和故障排除等内容。
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驱动器简介
1 1. 驱动器类型
2 2. 功能特点
1. 选择合适的安装位置
1
安装位置需通风良好，远离高温、潮湿、振动和腐蚀性环境。
2
2. 固定驱动器
使用螺钉将驱动器固定在安装板上，确保驱动器安装牢固，避免
3. 连接电源线
3
松动。
将电源线连接到驱动器的电源接口，确保连接牢固可靠。
4
4. 连接电机线
将电机线连接到驱动器的电机接口，确保连接正确，并使用螺丝
安全注意事项
操作前检查
仔细检查驱动器及其周围环境。确保电源线、电机线、编码器线 等连接牢固，没有破损或松动。 确认工作环境通风良好，避免阳光直射或高温潮湿环境。
安全操作
操作时请务必佩戴绝缘手套，避免触碰驱动器内部裸露的电气部 件。 严格按照驱动器说明书进行操作，避免误操作或超负荷运行。
驱动器安装指引
背面
背面面板包含电源连接器、电机连接器、 编码器连接器和急停开关连接器。
侧面
侧面显示驱动器尺寸和散热风扇位置。
行业高精度伺服控制系统方案范本1
行业高精度伺服控制系统方案第1章项目背景与需求分析 (3)1.1 行业概述 (3)1.2 高精度伺服控制系统在行业的重要性 (3)1.3 项目需求分析 (4)第2章伺服控制系统技术概述 (4)2.1 伺服控制技术发展历程 (4)2.1.1 电气伺服控制技术的初期阶段 (4)2.1.2 数字化伺服控制技术 (5)2.1.3 现代伺服控制技术 (5)2.2 伺服控制系统的基本原理 (5)2.2.1 控制器 (5)2.2.2 驱动器 (5)2.2.3 执行机构 (5)2.2.4 反馈环节 (5)2.3 伺服控制系统的关键技术 (5)2.3.1 传感器技术 (6)2.3.2 驱动器技术 (6)2.3.3 控制算法 (6)2.3.4 伺服系统集成与优化 (6)第3章高精度伺服电机选型与设计 (6)3.1 伺服电机类型及特点 (6)3.2 高精度伺服电机的选型原则 (6)3.3 伺服电机的结构设计 (7)第4章伺服驱动器设计与实现 (7)4.1 伺服驱动器概述 (8)4.2 伺服驱动器硬件设计 (8)4.2.1 电路设计 (8)4.2.2 元件选型 (8)4.2.3 接口设计 (8)4.3 伺服驱动器软件设计 (8)4.3.1 控制算法 (8)4.3.2 软件架构 (8)4.3.3 程序编写与调试 (8)4.3.4 系统优化与测试 (9)第5章位置控制系统设计 (9)5.1 位置控制原理 (9)5.1.1 控制系统模型 (9)5.1.2 位置传感器 (9)5.2 位置控制器设计 (9)5.2.1 控制器结构 (9)5.2.2 PID参数整定 (9)5.3.1 控制算法选择 (10)5.3.2 算法实现 (10)5.3.3 系统调试与优化 (10)第6章速度控制系统设计 (10)6.1 速度控制原理 (10)6.1.1 速度闭环控制 (10)6.1.2 速度反馈 (11)6.2 速度控制器设计 (11)6.2.1 控制器选型 (11)6.2.2 控制器参数整定 (11)6.3 速度控制算法实现 (11)6.3.1 PID控制算法 (11)6.3.2 速度控制算法实现步骤 (11)6.3.3 算法优化 (11)第7章伺服系统功能优化 (12)7.1 伺服系统参数整定 (12)7.1.1 参数整定的必要性 (12)7.1.2 参数整定方法 (12)7.2 模糊控制策略在伺服系统中的应用 (12)7.2.1 模糊控制原理 (12)7.2.2 模糊控制器设计 (12)7.2.3 模糊控制在伺服系统中的应用实例 (12)7.3 神经网络控制策略在伺服系统中的应用 (12)7.3.1 神经网络控制原理 (12)7.3.2 神经网络控制器设计 (13)7.3.3 神经网络控制在伺服系统中的应用实例 (13)第8章伺服控制系统集成与调试 (13)8.1 伺服控制系统集成 (13)8.1.1 系统组成 (13)8.1.2 集成步骤 (13)8.1.3 注意事项 (13)8.2 伺服控制系统调试方法 (13)8.2.1 调试流程 (14)8.2.2 调试工具与仪器 (14)8.3 调试过程中的常见问题及解决方法 (14)8.3.1 电机运行不稳定 (14)8.3.2 电机发热严重 (14)8.3.3 位置控制精度差 (14)8.3.4 系统响应速度慢 (14)8.3.5 系统噪音大 (14)第9章伺服控制系统可靠性分析 (14)9.1 伺服系统可靠性概述 (14)9.2 伺服系统故障分析 (15)9.2.2 故障原因 (15)9.3 伺服系统可靠性提升策略 (15)9.3.1 设计优化 (15)9.3.2 制造与装配 (15)9.3.3 运行与维护 (15)第10章伺服控制系统应用案例分析 (16)10.1 工业伺服控制系统应用案例 (16)10.1.1 案例背景 (16)10.1.2 系统方案 (16)10.1.3 应用效果 (16)10.2 服务伺服控制系统应用案例 (16)10.2.1 案例背景 (16)10.2.2 系统方案 (16)10.2.3 应用效果 (16)10.3 特种伺服控制系统应用案例 (16)10.3.1 案例背景 (17)10.3.2 系统方案 (17)10.3.3 应用效果 (17)第1章项目背景与需求分析1.1 行业概述我国经济的持续发展和科技进步，行业在我国得到了广泛关注和迅速发展。
安川伺服驱动器使用说明书1(1)
7.滤波设置（重要）
改为集电极开路即：
设置Pn200=n.1XXX；X代表默认
8.参数的初默认
设置Pn50B=XXX8；X代表默认
4.位置环的设置（设置成位置模式）
设置Pn000=XX1X；X代表默认
5.控制方式的设置
设置Pn000=XX1M（M=0/1，代表不同方向）；X代表默认
6.第四步齿轮比设置
设置Pn20E,Pn210的参数
电子齿轮B/A=Pn20E/Pn210=（分辨率/最终1圈移动量）*（电机/末机）
第四步齿轮比设置设置pn20epn210的参数电子齿轮bapn20epn210分辨率最终1圈移动量电机末机示例
安川伺服驱动器参数设置说明书
1.第一步写入禁止设置（允许写入）
2.第二步单相或三相供电设置
可支持单相供电灯的型号SGD7S-R70A
设置Pn00B=XXX1；X代表默认显示所有参数
3.第三步限位开关功能
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（3）混合型（HB型—Hybrid Type）
• 这种电机转子上嵌有永久磁铁，故可以说是永 磁型步进电机，但从定子和转子的导磁体来看， 又和可变磁阻型相似，所以是永磁型和可变磁 阻型相结合的一种形式。 • 它不仅具有VR型步进电机步距角小、响应频 率高的优点，而且还具有PM型步进电机励磁 功率小、效率高的优点，是一种很有发展前途 的步进电机。
+ -
#
开关功率放大器
• 开关功率放大器是脉宽调制单元的主回 路，其结构形式有两种形式，一种是H形 （也称桥式），另一种是T形。每种电路 又有单极性工作方式和双极性工作方式 之分，而各种不同的工作方式又可组成 可逆开关放大电路和不可逆开关放大电 路。
T形开关功率放大器
H形开关功率放大器
§4-3步进电机
晶体管式无刷直流 伺服电机 永磁同步型 感应型(矢 量控制)
AC 伺 服 电 机
NC机械,机器人等
步进电机
1.转角与控制脉冲数成比例,可构成直接数字 控制 2.有定位转矩 3.可构成廉价的开环控制系统
计算机外围设备,办公 机械,数控装置
三、直流（DC）伺服电机与驱动
• 1、直流伺服电机的特性及选用
§3-2 机电一体化系统（或产 品）常用的控制用电机
• 控制用电机是电气伺服控制系统的动力部件。 它是将电能转换为机械能的一种能量转换装置。 由于它们的工作可在很宽的速度和负载范围内 受到连续而精确的控制，因而在各种机电一体 化系统中得到了广泛的应用。 • 控制用电机有回转和直线驱动电机，通过电压、 电流、频率（包括指令脉冲）等控制，实现定 速、变速驱动或反复启动、停止的增量驱动以 及复杂的驱动，而驱动精度随驱动对象的不同 而不同。
操作简单;编程容 易;能实现定位伺 服;响应快,易与 Cห้องสมุดไป่ตู้U相接;体积小, 动力较大;无污染
缺点
瞬时输出功率大,过载 差,特别是由于某种原 因卡住时,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 设备难于小型化,液压 源或液压油要求严格 (杂质、温度、油量); 易泄漏且有污染
• 该系统由控制部分、功率晶体管放大器和全波 整流器三部分组成。
(2)晶体管脉宽调制系统特点
• • • • 1）频带宽 2）电流脉动小。 3）电源功率因数高。 4）动态硬度好。
(3)脉宽 调制器
• 由调制信 号发生器 和比较放 大器两部 分组成。
+
+
三角波发生器
+ -
比较放大电路1
+ -
比较放大电路2
伺服电机的特点及应用举例
种类 DC伺服电机 主要特点 1.特性.高响应 2.高功率密度(体积小、重量轻) 3.可实现高精度数字控制 4.接触换向部件(电刷与整流子)需维护 1.无接触换向部件 2.需要磁极位置检测器(如同轴编码器) 3.具有DC伺服电机的全部优点 1,对定子电流的激励分量和转矩分量分别控 制 2.具有DC伺服电机的全部优点 应用举例 NC机械,机器人,计算 机外围设备,办公机械, 音响,音象设备,计测机 械等 音响,音象设备,计算机 外围设备等
（2）永磁型（PM型—Permanent Magnet Type）
• PM型步进电机的转子2采用永久 磁铁、定子1采用软磁钢制成， 绕组3轮流通电，建立的磁场与 永久磁铁的恒定磁场相互吸引与 排斥产生转矩。 • 具有记忆能力，可用作定位驱动。 PM型电机的特点是励磁功率小、 效率高、造价便宜，因此需要量 也大。由于转子磁铁的磁化间距 受到限制，难于制造，故步距角 较大。与VR型相比转矩大，但转 子惯量也较大。
宽调速直流伺服电机的选择
• ①在整个调速范围内，其负载转矩应在电机连 续额定转矩范围以内； • ②工作负载与过载时间应在规定的范围以内； • ③应使加速度与希望的时间常数一致。一般讲， 由于负载转矩起减速作用，如果可能，加减速 应选取相同的时间常数。
2、直流伺服电机与驱动
• 直流伺服电机为直流供电，为调节电机转速和方 向，需要对其直流电压的大小和方向进行控制。 目前常用晶体管脉宽调速驱动和可控硅直流调速 驱动两种方式。
三、步进电机的工作原理
三相六拍通电方式工作的步进电机
按照A→ AB→B→BC→C→CA→A…顺序通 电，换接六次完成一个通电循环。这种通电方式 的步距角为15°。其工作过程如图所示：
步进电机的步距角越小，意 味着它所能达到的位置精度 越高。通常的步矩角是1.5° 或0.75°，为此需要将转子 做成多极式的，并在定子磁 极上制成小齿，如图所示。
执行元件的种类
电动机 电磁式 电磁铁及其它 执 行 元 件 AC伺服电机
DC伺服电机
步进电机 其它电机
液压式
油缸
液压马达
气 缸
气压式 气压马达
双金属片 形状记忆合金
其它
与材料有关
压电元件
1、电气执行元件
• 电气执行元件包括控制用电机（DC、AC伺服 电机、步进电机）、静电电机、压电元件、超 声波电机以及电磁铁等。其中利用电磁力的电 动机和电磁铁，因实用、易得而成为常用的执 行元件。 • 对控制用电机的性能除了要求稳速运转性能以 外，还要求加速、减速性能和伺服性能等动态 性能以及频繁使用时的适应性和便于维修等性 能。
二、控制用电机的种类、特点及选用
• 不同的应用场合，对控制用电机的性能密度的要求也 有所不同。对于启停频率低（如几十次/分），但要求 低速平稳和扭矩脉动小、高速运行时振动、噪声小， 在整个调速范围内均可稳定运动的机械，其功率密度 是主要的性能指标；对于启停频率高（如数百次/分）， 但不特别要求低速平稳性的产品，主要的性能指标是 高比功率。 • 控制用旋转电机按其工作原理可分为旋转磁场型和旋 转电枢型。前者有同步电机（永磁）、步进电机（永 磁）；后者有直流电机（永磁）、感应电机（按矢量 控制等效模型）。
二、步进电机的种类
• 步进电机的种类很多，有旋转式步进电 机，也有直线步进电机，从励磁相数来 分有三相、四相、五相、六相等步进电 机。就常用的旋转式步进电机的转子结 构来说，可将其分为以下三种
（1）可变磁阻型（VR型—Variable）
• 该类电机由定子绕组产生的反应 电磁力吸引用软磁钢制的齿形转 子作步进驱动，故又称作反应式 步进电机。 • 这种电机具有制造成本高、效率 低、转子的阻尼差、噪声大等缺 点。但是，由于其制造材料费用 低、结构简单、步距角小，随着 加工技术的进步，可望成为多用 途的机种。
压缩空气作工作介质, 气源方便,成本低; 空气压力源的压力为 无泄漏污染;速度 5~7MPa. 快,操作简单 液压油作工作介质; 液压源的压力为 20~80MPa; 输出功率大,速度 快,动作平稳,可实 现定位伺服,响应 快,易与CPU相接
二、机电一体化系统对执行元件的 基本要求
• 1、惯量小、动力大 表征执行元件惯量的性能指标：对直线运动为 质量m，对回转运动为转动惯量J。表征输出动力的 性能指标为推力F、转矩T或功率P。
2、体积小、重量轻----既要缩小执行元件的体积、 减轻重量，同时又要增大其动力，故通常用执 行元件的单位重量所能达到的输出功率或比功 率，即用功率密度来评价这项指标。设执行元 件的重量为G，则 功率密度 P / G( kWN 1 ), 3、便于维修、安装----执行元件最好不需要维修 。最新发展起来的无刷DC及AC伺服电机就是 走向无维修的一例。 4、宜于微机控制----根据这个要求，用微机控制 最方便的是电动式执行元件。
第四章.执行元件的分类及控制用 电机的驱动
• 驱动部件又称执行元件，是处于执行机构与电 子控制装置的接点部位的能量转换部件。它能 在电子控制装置控制下，将输入的各种形式的 能量转换为机械能。
§3-1 执行元件的种类、特点及 基本要求
• 一、执行元件的种类及其特点 • 根据使用能量的不同，可以将执行元件 分类电气式、液压式和气压式等几种类 型。
步进电机又称电脉冲马达。它是将电脉 冲信号转换成机械角位移的执行元件。特点是 输入一个电脉冲就转动一步，即每当电机绕组 接受一个电脉冲，转子就转过一个相应的步距 角。
一、步进电机特点
1、步进电机的工作状态不易受各种干扰因素 2、步进电机的步距角有误差，转子转过一定步 数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以 后，其累积误差为“零”，不会长期积累； 3 、控制性能好。在起动、停止、反转时不易 “丢步”。
• 直流伺服电机通过电刷和整流子产生的整流作用，使 磁场磁动势和电枢电流磁动势正交，从而产生转矩。 其电枢大多为永久磁铁磁场。 • 直流伺服电机具有较高的响应速度、精度和频率，优 良的控制特性等优点。但由于使用电刷和整流子，故 寿命较低，需要定期维修。
小惯量直流伺服电机
• 六十年代研制出了小惯量直流伺服电机，其电枢无槽， 绕组直接粘接固定在电枢铁芯上，因而转动惯量小、 反应灵敏、动态特性好。适用于高速且负载惯量较小 的场合，否则需根据其具体的惯量比设置精密齿轮副 才能与负载惯量匹配，大大增加了成本。
电气式微量位移用器件
• ①电磁铁——由线圈和衔铁两部分组成，结构 简单。由于是单向驱动，故需用弹簧复位。用 于实现两固定点间的快速驱动; • ②压电驱动器——利用压电晶体的压电效应来 驱动执行机构作微量位移； • ③电热驱动器——利用物体（如金属棒）的热 变形来驱动执行机构的直线位移，用控制电热 器（电阻）的加热电流来改变位移量，由于物 体的线膨胀量有限，位移量当然很小，可用在 机电一体化产品中实现微量进给。
直流印刷电枢电机
• 直流印刷电枢电机是一种盘形伺服电机，电枢由导电 板的切口成形，裸导体的线圈端部起整流子作用，这 种空心式高性能伺服电机大多用于工业机器人、小型 车床及线切割机床上。
大惯量宽调速直流伺服电机
• 七十年代大惯量宽调速直流伺服电机研制成功。它在 结构上采取了一些措施，尽量提高转矩，改善动态特 性，既具有一般直流电机的各项优点，又具有小惯量 直流电机的快速响应性能，易与较大的惯性负载匹配， 能较好地满足伺服驱动的要求，因此在数控机床、工 业机器人等机电一体化产品中得到了广泛的应用。