计算机数控技术 黄家善 主编 第五章 伺服控制系统新精品PPT课件
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一、步进电动机的控制方式
1. 环行分配器的硬件实现
2. 环行分配器的软件实现
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1
(01H)
U相通电
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V相通电
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W相通电
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U 相通电
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U、V相通电
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V 相通电
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V、W相通电
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W 相通电
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(05H)
图5-14 三角波发生器及PWM脉宽调制原理图 D5
1.脉宽调制器
图5-15 PWM脉宽调制波形 D5
2.计算机软件形成控制方波
图5-16 微机实现的数字PWM控制电路 D5
三、 直流伺服电动机的速度控制系统
1.转速、电流双闭环调速系统 2.全数字直流调速系统原理
D5
1.转速、电流双闭环调速系统
计算机数控技术
主编:
第五章 伺服控制系统
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第五章 伺服控制系统
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
进给伺服系统 步进电动机伺服系统 直流伺服电动机调速系统 交流伺服电动机调速系统 交流伺服电动机的矢量控制 位置控制原理 主轴驱动控制及全数字式伺服系统 进给伺服系统的性能分析
2.三相SPWM波的调制
图5-22 三相SPWM波调制原理图 D5
3.SPWM变频器的主电路
图5-23 双极性SPWM通用型功放主电路 D5
4.正弦脉宽调制方法
表5-1 分段同步调制的频段和载波比分配
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三、交流电动机变频调速特性
1.基频以下调速 2.基频以上调速
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1.基频以下调速
•当气隙磁通处在饱和值不变时，降低 电动机定子供电频率f1，必须减小相 电压U1，保持U1／f1为常数。若不减 小U1，将使定子铁心处在过饱和供电 状态，这时不但不能增加气隙磁通， 反而会烧坏电动机。 •在基频以下调速时，保持气隙磁通不 变，即保持转矩不变，为恒转矩调速。
W、U相通电
顺序为：U→WU→W→WV→V→VU→U→…。
反转时，通电
D5
1. 环行分配器的硬件实现
图5-5 三相六拍环行分配器 D5
2. 环行分配器的软件实现
图5-6 单片机控制三相步进电动机接口 D5
2. 环行分配器的软件实现
图5-7 三相单三拍正转程序框图 D5
二、步进电动机的功率驱动
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三、半闭环伺服系统与全闭环伺服系统
图5-2 全闭环伺服控制系统 D5
三、半闭环伺服系统与全闭环伺服系统
图5-3 半闭环伺服控制系统框图 D5
三、半闭环伺服系统与全闭环伺服系统
图5-4 半闭环补偿型伺服控制系统框图 D5
第二节 步进电动机伺服系统
一、步进电动机的控制方式 二、步进电动机的功率驱动 三、步进电动机驱动电路性能的改善 四、步进电动机伺服系统工作原理
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2.基频以上调速
图5-24 交流电动机变频调速特性曲线 D5
四、微机控制的SPWM实现
1.SPWM的微机控制原理图 2.SPWM波的软件实现
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1.SPWM的微机控制原理图
图5-25 微机控制的PWM原理框图 D5
2.SPWM波的软件实现
图5-26 产生SPWM波形的 规则采样法示意图
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3.细分驱动电路
图5-10 细分前后角位移图 a)细分前 b)细分后
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四、步进电动机伺服系统工作原理
1. 工作台位移量的控制 2.工作台进给速度的控制 3.工作台运动方向的控制
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1. 工作台位移量的控制
图5-11 步进式伺服系统原理框图 D5
第三节 直流伺服电动机调速系统
一、 PWM功率放大电路 二、脉宽调制电路的实现 三、 直流伺服电动机的速度控制系统 四、FANUC PWM直流进给驱动系统
图5-17 速度、电流双闭环PWM直流伺服电动机调速系统原理图 D5
2.全数字直流调速系统原理
图5-18 硬件PI调节器原理图 D5
四、FANUC PWM直流进给驱动系统
图5-19 D5
第四节 交流伺服电动机调速系统
一、交流伺服电动机调速主电路 二、正弦波脉宽调制(SPWM)变频器在伺服系统中的 应用 三、交流电动机变频调速特性 四、微机控制的SPWM实现
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一、交流伺服电动机调速主电路
图5-20 变频方式适宜框图 a)交—交变频 b)交—直—交变频 D5
二、正弦波脉宽调制(SPWM)变频器在伺服系统中的 应用
1.SPWM波调制原理 2.三相SPWM波的调制 3.SPWM变频器的主电路 4.正弦脉宽调制方法
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1.SPWM波调制原理
图5-21 双极性SPWM调制原理示意图(一相) D5
第五节 交流伺服电动机的矢量控制
一、交流感应伺服电动机的矢量控制 二、交流永磁伺服电动机的矢量控制
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一、交流感应伺服电动机的矢量控制
1.三相(U、V、W)／(α、β)二相变换 2.二相／直流旋转变换(VR) 3.直角坐标／极坐标变换(K／P) 4.交流感应伺服电动机的矢量控制系统
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一、交流感应伺服电动机的矢量控制
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第一节 进给伺服系统
一、闭环位置伺服系统的一般结构 二、对进给伺服系统的要求 三、半闭环伺服系统与全闭环伺服系统
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一、闭环位置伺服系统的一般结构
图5-1 进给位置伺服系统功能框图 D5
二、对进给伺服系统的要求
1. 可逆运行 2.调速范围宽 3.具有足够的传动刚性和高的速度稳定性 4.快速响应并无超调 5.高精度 6.低速大转矩 7.伺服系统对伺服电动机的要求
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一、 PWM功率放大电路
图5-12 H形双极性PWM功率转换电路 D5
Baidu Nhomakorabea、 PWM功率放大电路
图5-13 PWM转换电路电压电流波形
a)V V
b)V V
c)电枢电压波形 d)电枢电流波形 e)工作状态表示
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二、脉宽调制电路的实现
1.脉宽调制器 2.计算机软件形成控制方波
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1.脉宽调制器
图5-8 基本的功率放大电路 D5
三、步进电动机驱动电路性能的改善
1.高低压驱动电路 2.PWM恒流驱动电路 3.细分驱动电路
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1.高低压驱动电路
图5-9 高低压驱动功放电路 D5
2.PWM恒流驱动电路
PWM恒流驱动电路即晶体管脉冲宽 度调制型伺服驱动电路。采用这种驱 动电路，一方面提高了驱动的可靠性， 同时，利用它的恒流作用，使流过步 进电动机绕组的电流经常保持在恒定 的电流值上，提高了电动机输出转矩， 显著地改善了电动机的矩频特性。
一、步进电动机的控制方式
1. 环行分配器的硬件实现
2. 环行分配器的软件实现
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U相通电
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V相通电
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U 相通电
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U、V相通电
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V 相通电
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V、W相通电
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W 相通电
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图5-14 三角波发生器及PWM脉宽调制原理图 D5
1.脉宽调制器
图5-15 PWM脉宽调制波形 D5
2.计算机软件形成控制方波
图5-16 微机实现的数字PWM控制电路 D5
三、 直流伺服电动机的速度控制系统
1.转速、电流双闭环调速系统 2.全数字直流调速系统原理
D5
1.转速、电流双闭环调速系统
计算机数控技术
主编:
第五章 伺服控制系统
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第五章 伺服控制系统
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
进给伺服系统 步进电动机伺服系统 直流伺服电动机调速系统 交流伺服电动机调速系统 交流伺服电动机的矢量控制 位置控制原理 主轴驱动控制及全数字式伺服系统 进给伺服系统的性能分析
2.三相SPWM波的调制
图5-22 三相SPWM波调制原理图 D5
3.SPWM变频器的主电路
图5-23 双极性SPWM通用型功放主电路 D5
4.正弦脉宽调制方法
表5-1 分段同步调制的频段和载波比分配
D5
三、交流电动机变频调速特性
1.基频以下调速 2.基频以上调速
D5
1.基频以下调速
•当气隙磁通处在饱和值不变时，降低 电动机定子供电频率f1，必须减小相 电压U1，保持U1／f1为常数。若不减 小U1，将使定子铁心处在过饱和供电 状态，这时不但不能增加气隙磁通， 反而会烧坏电动机。 •在基频以下调速时，保持气隙磁通不 变，即保持转矩不变，为恒转矩调速。
W、U相通电
顺序为：U→WU→W→WV→V→VU→U→…。
反转时，通电
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1. 环行分配器的硬件实现
图5-5 三相六拍环行分配器 D5
2. 环行分配器的软件实现
图5-6 单片机控制三相步进电动机接口 D5
2. 环行分配器的软件实现
图5-7 三相单三拍正转程序框图 D5
二、步进电动机的功率驱动
D5
三、半闭环伺服系统与全闭环伺服系统
图5-2 全闭环伺服控制系统 D5
三、半闭环伺服系统与全闭环伺服系统
图5-3 半闭环伺服控制系统框图 D5
三、半闭环伺服系统与全闭环伺服系统
图5-4 半闭环补偿型伺服控制系统框图 D5
第二节 步进电动机伺服系统
一、步进电动机的控制方式 二、步进电动机的功率驱动 三、步进电动机驱动电路性能的改善 四、步进电动机伺服系统工作原理
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2.基频以上调速
图5-24 交流电动机变频调速特性曲线 D5
四、微机控制的SPWM实现
1.SPWM的微机控制原理图 2.SPWM波的软件实现
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1.SPWM的微机控制原理图
图5-25 微机控制的PWM原理框图 D5
2.SPWM波的软件实现
图5-26 产生SPWM波形的 规则采样法示意图
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3.细分驱动电路
图5-10 细分前后角位移图 a)细分前 b)细分后
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四、步进电动机伺服系统工作原理
1. 工作台位移量的控制 2.工作台进给速度的控制 3.工作台运动方向的控制
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1. 工作台位移量的控制
图5-11 步进式伺服系统原理框图 D5
第三节 直流伺服电动机调速系统
一、 PWM功率放大电路 二、脉宽调制电路的实现 三、 直流伺服电动机的速度控制系统 四、FANUC PWM直流进给驱动系统
图5-17 速度、电流双闭环PWM直流伺服电动机调速系统原理图 D5
2.全数字直流调速系统原理
图5-18 硬件PI调节器原理图 D5
四、FANUC PWM直流进给驱动系统
图5-19 D5
第四节 交流伺服电动机调速系统
一、交流伺服电动机调速主电路 二、正弦波脉宽调制(SPWM)变频器在伺服系统中的 应用 三、交流电动机变频调速特性 四、微机控制的SPWM实现
D5
一、交流伺服电动机调速主电路
图5-20 变频方式适宜框图 a)交—交变频 b)交—直—交变频 D5
二、正弦波脉宽调制(SPWM)变频器在伺服系统中的 应用
1.SPWM波调制原理 2.三相SPWM波的调制 3.SPWM变频器的主电路 4.正弦脉宽调制方法
D5
1.SPWM波调制原理
图5-21 双极性SPWM调制原理示意图(一相) D5
第五节 交流伺服电动机的矢量控制
一、交流感应伺服电动机的矢量控制 二、交流永磁伺服电动机的矢量控制
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一、交流感应伺服电动机的矢量控制
1.三相(U、V、W)／(α、β)二相变换 2.二相／直流旋转变换(VR) 3.直角坐标／极坐标变换(K／P) 4.交流感应伺服电动机的矢量控制系统
D5
一、交流感应伺服电动机的矢量控制
D5
第一节 进给伺服系统
一、闭环位置伺服系统的一般结构 二、对进给伺服系统的要求 三、半闭环伺服系统与全闭环伺服系统
D5
一、闭环位置伺服系统的一般结构
图5-1 进给位置伺服系统功能框图 D5
二、对进给伺服系统的要求
1. 可逆运行 2.调速范围宽 3.具有足够的传动刚性和高的速度稳定性 4.快速响应并无超调 5.高精度 6.低速大转矩 7.伺服系统对伺服电动机的要求
D5
一、 PWM功率放大电路
图5-12 H形双极性PWM功率转换电路 D5
Baidu Nhomakorabea、 PWM功率放大电路
图5-13 PWM转换电路电压电流波形
a)V V
b)V V
c)电枢电压波形 d)电枢电流波形 e)工作状态表示
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二、脉宽调制电路的实现
1.脉宽调制器 2.计算机软件形成控制方波
D5
1.脉宽调制器
图5-8 基本的功率放大电路 D5
三、步进电动机驱动电路性能的改善
1.高低压驱动电路 2.PWM恒流驱动电路 3.细分驱动电路
D5
1.高低压驱动电路
图5-9 高低压驱动功放电路 D5
2.PWM恒流驱动电路
PWM恒流驱动电路即晶体管脉冲宽 度调制型伺服驱动电路。采用这种驱 动电路，一方面提高了驱动的可靠性， 同时，利用它的恒流作用，使流过步 进电动机绕组的电流经常保持在恒定 的电流值上，提高了电动机输出转矩， 显著地改善了电动机的矩频特性。