2019年伺服.ppt
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（ 三）直流伺服系统、交流伺服系统与直线电 动机伺服系统
直流伺服系统就是控制直流电机的系统。目前使用 比较多的是永磁式直流伺服电机。永磁直流伺服电机 （也称为大惯量宽调速直流伺服电机），调速范围宽， 输出转矩大，过载能力强，而且电机转动惯量较大， 应用较方便
但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且 结构复杂，价格也高。进入80年代后，由于交 流电机调速技术的突破，交流伺服驱动系统进 入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服电 机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。而 且容易维修，制造简单，适合于在较恶劣环境 中使用，易于向大容量、高速度方向发展，其 性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统， 交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。
叫三相单三拍方式，“单”是指每次只有一相绕组通
电，“三拍”是指每三次换接为一个循环。由于每次
只有一相绕组通电，在切换瞬间将失去自锁转矩，容
易失步，另外，只有一相绕组通电，易在平衡位置附
近产生振荡，稳定性不佳，故实际应用中不采用单三 拍工作方式。
采用三相双三拍控制方式，即通电顺序按
AB→BC→CA→AB （ 逆 时 针 方 向 ） 或 AC→CB→BA→AC（顺时针方向）进行，其步距角仍 为300。由于双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切 换时总保持一相绕组通电，所以工作比较稳定。如果 按A→AB→B→BC→C→CA→A顺序通电，即首先A相 通电，然后A相不断电，B相再通电，即A、B两相同 时通电，接着A相断电而B相保持通电状态，然后再使 B、C两相通电，依次类推，每切换一次，步进电机逆 时 针 转 过 15° 。 如 通 电 顺 序 改 为 A→AC→C→CB→B→BA→A ， 则 步 进 电 机 以 步 距 角 15°顺时针旋转。这种控制方式为三相六拍，它比三 相三拍控制方式步距角小一半，因而精度更高，且转
4. 调速范围宽
调速范围是指生产机械要求电机能提供的 最高转速和最低转速之比。在数控机床中，由 于所用刀具、加工材料及零件加工要求的不同， 为保证在各种情况下都能得到最佳切削条件， 就要求伺服系统具有足够宽的调速范围。
5. 低速大扭矩 要求伺服系统有足够的输出扭矩或驱动功 率。机床加工的特点是，在低速时进行重切削。 因此，伺服系统在低速时要求有大的转矩输出。
数控机床闭环进给系统的一般结构如图5-1所示， 这是一个双闭环系统，内环为速度环，外环为位置环。 速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。速度 控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机 转速的，是速度控制系统的核心。速度检测装置有测 速发电机、脉冲编码器等。位置环是由CNC装置中的 位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制 等部分组成。由速度检测装置提供速度反馈值的速度 环控制在进给驱动装置内完成，而装在电动机轴上或 机床工作台上的位置反馈装置提供位置反馈值构成的 位置环由数控装置来完成。伺服系统从外部来看，是 一个以位置指令输入和位置控制为输出的位置闭环控 制系统。但从内部的实际工作来看，它是先把位置控 制指令转换成相应的速度信号后，通过调速系统驱动 伺服电机，才实现实际位移的。
进给伺服系统的作用：接受数控装置发出
的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置 作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、 交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动 机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作 进给或快速运动。
数控机床的进给伺服系统能根据指令信号
精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及 几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨 迹。如果把数控装置比作数控机床的“大脑”， 是发布“命令”的指挥机构，那么伺服系统就 是数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机 构，它是一个不折不扣的跟随者。
图5-6 静态矩角特性
3. 最大启动转矩
图5-7为三相单三拍矩角特性曲线，图中的A、 B分别是相邻A相和B相的静态矩角特性曲线， 它们的交点所对应的转矩是步进电机的最大启 动转矩。如果外加负载转矩大于，电机就不能 启动。如图5-7所示,当A相通电时，若外加负载 转矩，对应的失调角为，当励磁电流由A相切 换到B相时，对应角，B相的静转矩为。从图中 看出,电机不能带动负载做步进运动，因而启动 转矩是电机能带动负载转动的极限转矩。
步进电机在结构上分为定子和转子两部分，
现以图5-4所示的反应式三相步进电机为例加以 说明。定子上有六个磁极，每个磁极上绕有励 磁绕组，每相对的两个磁极组成一相，分成A、 B、C三相。转子无绕组，它是由带齿的铁心做 成的。步进电机是按电磁吸引的原理进行工作 的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C 三对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某
换过程中始终保证有一个绕组通电，工作稳定，因此 这种方式被大量采用。
实际应用的步进电机如图5-4所示，转子铁心和定子 磁极上均有齿距相等的小齿，且齿数要有一定比例的 配合。
图5-5 步进电机工作原理
二、步进电机的主要性能指标
1. 步距角和步距误差
步距角和步进电机的相数、通电方式及电机转子齿
数的关系如下：
三、伺服系统的分类 数控机床的伺服系统按其控制原理和有无位 置反馈装置分为开环和闭环伺服系统；按其用 途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统； 按其驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱 动系统和电气伺服驱动系统。电气伺服驱动系 统又分为直流伺服驱动系统、交流伺服驱动系 统及直线电动机伺服系统。
（一）开环和闭环伺服系统
2. 静态转矩与矩角特性
当步进电机上某相定子绕组通电之后，转子
齿将力求与定子齿对齐，使磁路中的磁阻最小， 转子处在平衡位置不动（θ＝0）。如果在电机 轴置上向外负加载一转个矩负方载向转转矩过M一z个，角转度子θ会，偏角离度平θ衡称位为 失调角。有失调角之后，步进电机就产生一个 静态转矩（也称为电磁转矩），这时静态转矩 等于负载转矩。静态转矩与失调角θ的关系叫 矩角特性，如图5-6所示，近似为正弦曲线。该 矩角特性上的静态转矩最大值称为最大静转矩。 在静态稳定区内，当外加负载转矩除去时，转 子在电磁转矩作用下，仍能回到稳定平衡点位 置（θ＝0）。
半闭环伺服系统一般将位置检测元件安装在电动机
轴上，用以精确控制电机的角度，然后通过滚珠丝杠 等传动部件，将角度转换成工作台的位移，为间接测 量(图6-3)。即坐标运动的传动链有一部分在位置闭环 以外，其传动误差没有得到系统的补偿，因而半闭环 伺服系统的精度低于闭环系统。目前在精度要求适中
的中小型数控机床上，使用半闭环系统较多。
指令
伺服驱动装置
位置控制模 块
速度控制单 元
速度环
工作台 位置检测
速度检测
伺服电 机
位置环
测量反 馈
图5-1 闭环进给伺服系统结构
二、 对伺服系统的基本要求
1. 位移精度高
伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的 精确程度。伺服系统的位移精度是指指令脉冲 要求机床工作台进给的位移量和该指令脉冲经 伺服系统转化为工作台实际位移量之间的符合 程度。两者误差愈小，位移精度愈高。
＝
360
KmZ
(5-1)
式中 —步进电机的步距角；
m—电机相数；
Z—转子齿数；
K—系数，相邻两次通电相数相同，K＝1；
相邻两次通电相数不同，K＝2。
同一相数的步进电机可有两种步距角，通常为 1.2/0.6、1.5/0.75、1.8/0.9、3/1.5度等。步距误差是指 步进电机运行时，转子每一步实际转过的角度与理论 步距角之差值。连续走若干步时，上述步距误差的累 积值称为步距的累积误差。由于步进电机转过一转后， 将重复上一转的稳定位置，即步进电机的步距累积误 差将以一转为周期重复出现。
图6-2开环伺服系统简图
闭环伺服系统又可进一步分为闭环和半闭环伺服系
统。闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床的工作 台上（图6-1），检测装置测出实际位移量或者实际所 处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比 较，求得差值，依此构成闭环位置控制。闭环方式被 大量用在精度要求较高的大型数控机床上。
直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向
剖开，然后拉直演变而成，利用电磁作用原理， 将电能直接转换成直线运动动能的一种推力装 Baidu Nhomakorabea，是一种较为理想的驱动装置。在机床进给 系统中，采用直线电动机直接驱动与旋转电动 机的最大区别是取消了从电动机到工作台之间 的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩 短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电 动机驱动方式无法达到的性能指标和优点。由 于直线电动机在机床中的应用目前还处于初级 阶段，还有待进一步研究和改进。随着各相关 配套技术的发展和直线电动机制造工艺的完善， 相信用直线电动机作进给驱动的机床会得到广 泛应用。
说明其转动的整个过程，假设转子上有四个齿，相邻 两齿间夹角（齿距角）为900。当A相通电时，转子1、 3齿被磁极A产生的电磁引力吸引过去，使1、3齿与A 相磁极对齐。接着B相通电，A相断电，磁极B又把距 它最近的一对齿2、4吸引过来，使转子按逆时针方向 转动30o。然后C相通电，B相断电，转子又逆时针旋转 30o，依次类推，定子按A→B→C→A顺序通电，转子 就一步步地按逆时针方向转动，每步转30o。若改变通 电顺序，按A→C→B→A使定子绕组通电，步进电机 就按顺时针方向转动，同样每步转30o。这种控制方式
指令 + 位置比
较
—-
速度控 制
速度反馈
伺服电 机
工作台
位置反馈
图6-3 半闭环伺服系统简图
（ 二） 进给驱动与主轴驱动
进给伺服系统包括速度控制环和位置控制环，用于 数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各 坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需转矩。 主轴伺服系统只是一个速度控制系统，控制机床主轴 的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削 力，且保证任意转速的调节。
开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件，它没有
位置反馈回路和速度反馈回路，因此设备投资低，调
试维修方便，但精度差，高速扭矩小，被用于中、低
档数控机床及普通机床改造。如图6-2为开环伺服系统
简图，步进电机转过的角度与指令脉冲个数成正比，
其速度由进给脉冲的频率决定。
工作台
指令脉冲
齿轮箱 步进电机 驱动控制 线路
第五章 伺服系统
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第一节 概述
一、 伺服系统的组成与分类
数控机床的伺服系统按其功能可分为：进给伺 服系统和主轴伺服系统。
主轴伺服系统用于控制机床主轴的转动。
进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台） 的位置和速度作为控制量的自动控制系统，通常 由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执 行部件组成。
第二 节 步进电机及其驱动装置
一、步进电机工作原理
步进电机伺服系统是典型的开环控制系统， 在此系统中，步进电机受驱动线路控制，将进 给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速 度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工 作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度， 脉冲的数量代表了位移量，而运动方向是由步 进电机的各相通电顺序来决定，并且保持电机 各相通电状态就能使电机自锁。但由于该系统 没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来 决定，速度也受到步进电机性能的限制。
2. 稳定性好
稳定性是指系统在给定外界干扰作用下， 能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到 原来平衡状态的能力。要求伺服系统具有较强 的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳。稳 定性直接影响数控加工精度和表面粗糙度。
3. 快速响应
快速响应是伺服系统动态品质的重要指标， 它反映了系统跟踪精度。机床进给伺服系统实 际上就是一种高精度的位置随动系统，为保证 轮廓切削形状精度和低的表面粗糙度，要求伺 服系统跟踪指令信号的响应要快，跟随误差小。
一对齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转
子一步步转动。每当转子某一对齿的中心线与
定子磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。
如果控制线路不停地按一定方向切换定子绕组
各相电流，转子便按一定方向不停地转动。步 进电机每次转过的角度称为步距角。
图5-4 三相反应式步进电机结构
为进一步了解步进电机的工作原理，以图5-5为例来
Aa B C
b
图5-7 步进电机的启动转矩
4. 启动频率
空载时，步进电机由静止状态突然起动，并 进入不失步的正常运行的最高频率，称为启动 频率或突跳频率，加给步进电机的指令脉冲频 率如大于启动频率，就不能正常工作。步进电 机在带负载（尤其是惯性负载）下的启动频率 比空载要低。而且，随着负载加大（在允许范 围内），启动频率会进一步降低。
直流伺服系统就是控制直流电机的系统。目前使用 比较多的是永磁式直流伺服电机。永磁直流伺服电机 （也称为大惯量宽调速直流伺服电机），调速范围宽， 输出转矩大，过载能力强，而且电机转动惯量较大， 应用较方便
但直流电机有电刷，限制了转速的提高，而且 结构复杂，价格也高。进入80年代后，由于交 流电机调速技术的突破，交流伺服驱动系统进 入电气传动调速控制的各个领域。交流伺服电 机，转子惯量比直流电机小，动态响应好。而 且容易维修，制造简单，适合于在较恶劣环境 中使用，易于向大容量、高速度方向发展，其 性能更加优异，已达到或超过直流伺服系统， 交流伺服电机已在数控机床中得到广泛应用。
叫三相单三拍方式，“单”是指每次只有一相绕组通
电，“三拍”是指每三次换接为一个循环。由于每次
只有一相绕组通电，在切换瞬间将失去自锁转矩，容
易失步，另外，只有一相绕组通电，易在平衡位置附
近产生振荡，稳定性不佳，故实际应用中不采用单三 拍工作方式。
采用三相双三拍控制方式，即通电顺序按
AB→BC→CA→AB （ 逆 时 针 方 向 ） 或 AC→CB→BA→AC（顺时针方向）进行，其步距角仍 为300。由于双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切 换时总保持一相绕组通电，所以工作比较稳定。如果 按A→AB→B→BC→C→CA→A顺序通电，即首先A相 通电，然后A相不断电，B相再通电，即A、B两相同 时通电，接着A相断电而B相保持通电状态，然后再使 B、C两相通电，依次类推，每切换一次，步进电机逆 时 针 转 过 15° 。 如 通 电 顺 序 改 为 A→AC→C→CB→B→BA→A ， 则 步 进 电 机 以 步 距 角 15°顺时针旋转。这种控制方式为三相六拍，它比三 相三拍控制方式步距角小一半，因而精度更高，且转
4. 调速范围宽
调速范围是指生产机械要求电机能提供的 最高转速和最低转速之比。在数控机床中，由 于所用刀具、加工材料及零件加工要求的不同， 为保证在各种情况下都能得到最佳切削条件， 就要求伺服系统具有足够宽的调速范围。
5. 低速大扭矩 要求伺服系统有足够的输出扭矩或驱动功 率。机床加工的特点是，在低速时进行重切削。 因此，伺服系统在低速时要求有大的转矩输出。
数控机床闭环进给系统的一般结构如图5-1所示， 这是一个双闭环系统，内环为速度环，外环为位置环。 速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。速度 控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机 转速的，是速度控制系统的核心。速度检测装置有测 速发电机、脉冲编码器等。位置环是由CNC装置中的 位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制 等部分组成。由速度检测装置提供速度反馈值的速度 环控制在进给驱动装置内完成，而装在电动机轴上或 机床工作台上的位置反馈装置提供位置反馈值构成的 位置环由数控装置来完成。伺服系统从外部来看，是 一个以位置指令输入和位置控制为输出的位置闭环控 制系统。但从内部的实际工作来看，它是先把位置控 制指令转换成相应的速度信号后，通过调速系统驱动 伺服电机，才实现实际位移的。
进给伺服系统的作用：接受数控装置发出
的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置 作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、 交流伺服电机、功率步进电机等）和机械传动 机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作 进给或快速运动。
数控机床的进给伺服系统能根据指令信号
精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及 几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨 迹。如果把数控装置比作数控机床的“大脑”， 是发布“命令”的指挥机构，那么伺服系统就 是数控机床的“四肢”，是执行“命令”的机 构，它是一个不折不扣的跟随者。
图5-6 静态矩角特性
3. 最大启动转矩
图5-7为三相单三拍矩角特性曲线，图中的A、 B分别是相邻A相和B相的静态矩角特性曲线， 它们的交点所对应的转矩是步进电机的最大启 动转矩。如果外加负载转矩大于，电机就不能 启动。如图5-7所示,当A相通电时，若外加负载 转矩，对应的失调角为，当励磁电流由A相切 换到B相时，对应角，B相的静转矩为。从图中 看出,电机不能带动负载做步进运动，因而启动 转矩是电机能带动负载转动的极限转矩。
步进电机在结构上分为定子和转子两部分，
现以图5-4所示的反应式三相步进电机为例加以 说明。定子上有六个磁极，每个磁极上绕有励 磁绕组，每相对的两个磁极组成一相，分成A、 B、C三相。转子无绕组，它是由带齿的铁心做 成的。步进电机是按电磁吸引的原理进行工作 的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C 三对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某
换过程中始终保证有一个绕组通电，工作稳定，因此 这种方式被大量采用。
实际应用的步进电机如图5-4所示，转子铁心和定子 磁极上均有齿距相等的小齿，且齿数要有一定比例的 配合。
图5-5 步进电机工作原理
二、步进电机的主要性能指标
1. 步距角和步距误差
步距角和步进电机的相数、通电方式及电机转子齿
数的关系如下：
三、伺服系统的分类 数控机床的伺服系统按其控制原理和有无位 置反馈装置分为开环和闭环伺服系统；按其用 途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统； 按其驱动执行元件的动作原理分为电液伺服驱 动系统和电气伺服驱动系统。电气伺服驱动系 统又分为直流伺服驱动系统、交流伺服驱动系 统及直线电动机伺服系统。
（一）开环和闭环伺服系统
2. 静态转矩与矩角特性
当步进电机上某相定子绕组通电之后，转子
齿将力求与定子齿对齐，使磁路中的磁阻最小， 转子处在平衡位置不动（θ＝0）。如果在电机 轴置上向外负加载一转个矩负方载向转转矩过M一z个，角转度子θ会，偏角离度平θ衡称位为 失调角。有失调角之后，步进电机就产生一个 静态转矩（也称为电磁转矩），这时静态转矩 等于负载转矩。静态转矩与失调角θ的关系叫 矩角特性，如图5-6所示，近似为正弦曲线。该 矩角特性上的静态转矩最大值称为最大静转矩。 在静态稳定区内，当外加负载转矩除去时，转 子在电磁转矩作用下，仍能回到稳定平衡点位 置（θ＝0）。
半闭环伺服系统一般将位置检测元件安装在电动机
轴上，用以精确控制电机的角度，然后通过滚珠丝杠 等传动部件，将角度转换成工作台的位移，为间接测 量(图6-3)。即坐标运动的传动链有一部分在位置闭环 以外，其传动误差没有得到系统的补偿，因而半闭环 伺服系统的精度低于闭环系统。目前在精度要求适中
的中小型数控机床上，使用半闭环系统较多。
指令
伺服驱动装置
位置控制模 块
速度控制单 元
速度环
工作台 位置检测
速度检测
伺服电 机
位置环
测量反 馈
图5-1 闭环进给伺服系统结构
二、 对伺服系统的基本要求
1. 位移精度高
伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的 精确程度。伺服系统的位移精度是指指令脉冲 要求机床工作台进给的位移量和该指令脉冲经 伺服系统转化为工作台实际位移量之间的符合 程度。两者误差愈小，位移精度愈高。
＝
360
KmZ
(5-1)
式中 —步进电机的步距角；
m—电机相数；
Z—转子齿数；
K—系数，相邻两次通电相数相同，K＝1；
相邻两次通电相数不同，K＝2。
同一相数的步进电机可有两种步距角，通常为 1.2/0.6、1.5/0.75、1.8/0.9、3/1.5度等。步距误差是指 步进电机运行时，转子每一步实际转过的角度与理论 步距角之差值。连续走若干步时，上述步距误差的累 积值称为步距的累积误差。由于步进电机转过一转后， 将重复上一转的稳定位置，即步进电机的步距累积误 差将以一转为周期重复出现。
图6-2开环伺服系统简图
闭环伺服系统又可进一步分为闭环和半闭环伺服系
统。闭环伺服系统的位置检测装置安装在机床的工作 台上（图6-1），检测装置测出实际位移量或者实际所 处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比 较，求得差值，依此构成闭环位置控制。闭环方式被 大量用在精度要求较高的大型数控机床上。
直线电动机的实质是把旋转电动机沿径向
剖开，然后拉直演变而成，利用电磁作用原理， 将电能直接转换成直线运动动能的一种推力装 Baidu Nhomakorabea，是一种较为理想的驱动装置。在机床进给 系统中，采用直线电动机直接驱动与旋转电动 机的最大区别是取消了从电动机到工作台之间 的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩 短为零。正由于这种传动方式，带来了旋转电 动机驱动方式无法达到的性能指标和优点。由 于直线电动机在机床中的应用目前还处于初级 阶段，还有待进一步研究和改进。随着各相关 配套技术的发展和直线电动机制造工艺的完善， 相信用直线电动机作进给驱动的机床会得到广 泛应用。
说明其转动的整个过程，假设转子上有四个齿，相邻 两齿间夹角（齿距角）为900。当A相通电时，转子1、 3齿被磁极A产生的电磁引力吸引过去，使1、3齿与A 相磁极对齐。接着B相通电，A相断电，磁极B又把距 它最近的一对齿2、4吸引过来，使转子按逆时针方向 转动30o。然后C相通电，B相断电，转子又逆时针旋转 30o，依次类推，定子按A→B→C→A顺序通电，转子 就一步步地按逆时针方向转动，每步转30o。若改变通 电顺序，按A→C→B→A使定子绕组通电，步进电机 就按顺时针方向转动，同样每步转30o。这种控制方式
指令 + 位置比
较
—-
速度控 制
速度反馈
伺服电 机
工作台
位置反馈
图6-3 半闭环伺服系统简图
（ 二） 进给驱动与主轴驱动
进给伺服系统包括速度控制环和位置控制环，用于 数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，控制机床各 坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需转矩。 主轴伺服系统只是一个速度控制系统，控制机床主轴 的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削 力，且保证任意转速的调节。
开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件，它没有
位置反馈回路和速度反馈回路，因此设备投资低，调
试维修方便，但精度差，高速扭矩小，被用于中、低
档数控机床及普通机床改造。如图6-2为开环伺服系统
简图，步进电机转过的角度与指令脉冲个数成正比，
其速度由进给脉冲的频率决定。
工作台
指令脉冲
齿轮箱 步进电机 驱动控制 线路
第五章 伺服系统
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第一节 概述
一、 伺服系统的组成与分类
数控机床的伺服系统按其功能可分为：进给伺 服系统和主轴伺服系统。
主轴伺服系统用于控制机床主轴的转动。
进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台） 的位置和速度作为控制量的自动控制系统，通常 由伺服驱动装置、伺服电机、机械传动机构及执 行部件组成。
第二 节 步进电机及其驱动装置
一、步进电机工作原理
步进电机伺服系统是典型的开环控制系统， 在此系统中，步进电机受驱动线路控制，将进 给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速 度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工 作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度， 脉冲的数量代表了位移量，而运动方向是由步 进电机的各相通电顺序来决定，并且保持电机 各相通电状态就能使电机自锁。但由于该系统 没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来 决定，速度也受到步进电机性能的限制。
2. 稳定性好
稳定性是指系统在给定外界干扰作用下， 能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到 原来平衡状态的能力。要求伺服系统具有较强 的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳。稳 定性直接影响数控加工精度和表面粗糙度。
3. 快速响应
快速响应是伺服系统动态品质的重要指标， 它反映了系统跟踪精度。机床进给伺服系统实 际上就是一种高精度的位置随动系统，为保证 轮廓切削形状精度和低的表面粗糙度，要求伺 服系统跟踪指令信号的响应要快，跟随误差小。
一对齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转
子一步步转动。每当转子某一对齿的中心线与
定子磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。
如果控制线路不停地按一定方向切换定子绕组
各相电流，转子便按一定方向不停地转动。步 进电机每次转过的角度称为步距角。
图5-4 三相反应式步进电机结构
为进一步了解步进电机的工作原理，以图5-5为例来
Aa B C
b
图5-7 步进电机的启动转矩
4. 启动频率
空载时，步进电机由静止状态突然起动，并 进入不失步的正常运行的最高频率，称为启动 频率或突跳频率，加给步进电机的指令脉冲频 率如大于启动频率，就不能正常工作。步进电 机在带负载（尤其是惯性负载）下的启动频率 比空载要低。而且，随着负载加大（在允许范 围内），启动频率会进一步降低。