伺服驱动系统.ppt
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实际使用中，单三拍通电方式由于在切换时一相绕组断电， 而另一相绕组开始通电容易造成失步。此外，由单一绕组通 电吸引转子，也容易使转子在平衡位置附近产生振荡，运行 的稳定性差，所以很少采用。通常将它改成“双三拍通电方 式”。
(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 映了系统的跟踪精度。
(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。0~30m/min。
(5)低速大转矩 进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整 个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服控制在 低速时为恒转矩控制，能提供较大转矩。在高速时为恒功 率控制，具有足够大的输出功精选率。
精选
伺服驱动系统
（1）进给驱动 控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一种精密的位置跟踪与定位系
统，它包括速度控制，也是一般概念的伺服驱动系统。 （2）主轴驱动 控制机床主轴的旋转运动和切削过程中的转矩和功率，一般以速度控
制为主。对C坐标功能的主轴驱动也需要位置控制。 （3）辅助驱动 在各类加工中心或多功能数控机床中，控制刀库、料库等辅助系统，
6.1.2 数控机床对伺服系统的要求(续)
伺服驱动电机是伺服系统的重要驱动元件。为满足上述要 求，对伺服电动机的要求应该是：
① 从最低速到最高速电机都要平稳运转，转距波动要小，尤 其是在低速如0.1r/min或更低转速时，仍有稳定的速度而 无爬行现象。
② 电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩 的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不 损坏。
2m/min，且功率越大，移动速度越低，故主要用于速度与精 度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造中。
精选
6.2.1 步进电机的工作原理及类型
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的机械角位移或直 线位移的控制电机。步进电机又称脉冲电动机或电脉冲马达。
其角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成正比， 通过改变脉冲频率就可以调节电动机的转速。
最大缺点是容易失步，特别是在大负载和速度较高的情况下， 失步更容易发生。
但是近年来发展起来的恒流斩波驱动、PWM驱动、微步驱 动、超微步驱动及其他们的综合运用，使得步进电机的驱动 能力有很大提高
主要用于数控机床的开环伺服系统。
精选
（1）步进电机的分类
按运动方式分：有旋转式、直线运动式、平面运动式和滚动 运动式。
为保持磁阻最小，给转子施加力矩，使相邻转子齿与之对齐。 ✓ 第二拍：B相励磁绕组通电，C、A励磁绕组断电。 ✓ 第三拍：C相励磁绕组通电，A、B励磁绕组断电。 如通电顺序：A、B、C逆时针旋转；如通电顺序相反，则顺时针旋转 通电顺序也可以A-AB-B-BC-C-CA
精选
精选
精选
同一台步进电机，因通电方式的不同，运行时的步距角也是 不同的，采用单、双拍通电方式时，步距角要比单拍通电方 式减小一半。
③ 为了满足快速响应的要求，电机应该有较小的转动惯量和 大的堵转转矩，并且有尽可能小的时间常数和启动电压。 电机应具有耐受4000rad/s2以上角加速度的能力，才能保 证电机在0.2s以内从静止到额定转速。
④ 电机应能承受频繁启动、制动和反转。
精选
6.2 步进电动机伺服系统
开环位置伺服系统也叫步进式伺服系统，其驱动元件为步进 电机。
功率步进电机控制系统的结构最简单，控制最容易，维修最 方便，控制为全数字化，这完全符合数字化控制技术的要求， 控制系统与步进电机的驱动控制电路结为一体。
随着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其它硬件电 路均可由软件实现，从而简化了系统结构，降低成本，提高 了系统的可靠性。
而步进电机的功耗太多，速度也不高。 目前的步进电机在脉冲当量为1微米时，最高移动仅仅为
第六章 数控伺服系统
6.1 概述 6.1.1 伺服系统的概念 伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系
统。数控机床伺服系统又称为位置随动系统, 简称为伺服系 统。 常见的伺服系统有开环与闭环系统之分，直流与交流伺服系 统之分，进给伺服与主轴驱动系统之分，电液伺服与电气伺 服系统之分。 伺服系统是一种执行机构，它接受来自数控装置的进给指令 信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋 转运动。
多采用简易的位置控制。
精选
伺服系统的组成
组成：伺服电机 驱动信号控制转换电路 电子电力驱动放大模块
位置调节单元 速度调节单元 电流调节单元 检测装置
一般闭环系统为三环结构：位置环、速度环、电流环。
精选
位置、速度和电流环均由调节控制模块、检测和反馈部分组成。
电力电6子.驱1动.1装置由伺驱服动信系号统产生的电组路和成功率放大器组成。
按工作原理分：有反应式（磁阻式Hale Waihona Puke Baidu、电磁式、永磁式、永 磁感应式（混合式）。
按使用场合分：有功率步进电机和控制步进电机。 按电机结构分：有单段式（径向式）、多段式（轴向式）、
印刷绕组式。 按工作相数分：有三相、四相、五相等。 按使用频率分：有高频步进电机和低频步进电机。 数控机床中使用较多的是反应式步进电机和永磁感应式步进
严格来说：
位置控制包括位置、速度和电流控制；
速度控制包括速度和电流控制。
位置调解
速度调解
电流调解
转换驱动 电流反馈 速度反馈 位置反馈
M
工作台
G
精选
6.1.2 数控机床对伺服系统的要求
(1)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。包括定位精度和轮廓加工精度。
(2)稳定性好 稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能 在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状 态。直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。
电机
精选
精选
（2）步进电机的结构与工作原理
步进电机又称脉冲电机，每接受一个脉冲信号转子转过一个角度，称为步 距角。
脉冲数目：位移大小；脉冲频率：速度大小；通电顺序：方向控制。 步进电机的结构：（单段式三相反应式步进电机结构）： 工作原理：电磁吸合 转子：开槽形成齿 定子：有磁极 以三相单三拍为例说明工作原理： ✓ 第一拍：A相励磁绕组通电，B、C励磁绕组断电。A相定子绕组的磁力线
(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 映了系统的跟踪精度。
(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。0~30m/min。
(5)低速大转矩 进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整 个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服控制在 低速时为恒转矩控制，能提供较大转矩。在高速时为恒功 率控制，具有足够大的输出功精选率。
精选
伺服驱动系统
（1）进给驱动 控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一种精密的位置跟踪与定位系
统，它包括速度控制，也是一般概念的伺服驱动系统。 （2）主轴驱动 控制机床主轴的旋转运动和切削过程中的转矩和功率，一般以速度控
制为主。对C坐标功能的主轴驱动也需要位置控制。 （3）辅助驱动 在各类加工中心或多功能数控机床中，控制刀库、料库等辅助系统，
6.1.2 数控机床对伺服系统的要求(续)
伺服驱动电机是伺服系统的重要驱动元件。为满足上述要 求，对伺服电动机的要求应该是：
① 从最低速到最高速电机都要平稳运转，转距波动要小，尤 其是在低速如0.1r/min或更低转速时，仍有稳定的速度而 无爬行现象。
② 电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩 的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不 损坏。
2m/min，且功率越大，移动速度越低，故主要用于速度与精 度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造中。
精选
6.2.1 步进电机的工作原理及类型
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的机械角位移或直 线位移的控制电机。步进电机又称脉冲电动机或电脉冲马达。
其角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成正比， 通过改变脉冲频率就可以调节电动机的转速。
最大缺点是容易失步，特别是在大负载和速度较高的情况下， 失步更容易发生。
但是近年来发展起来的恒流斩波驱动、PWM驱动、微步驱 动、超微步驱动及其他们的综合运用，使得步进电机的驱动 能力有很大提高
主要用于数控机床的开环伺服系统。
精选
（1）步进电机的分类
按运动方式分：有旋转式、直线运动式、平面运动式和滚动 运动式。
为保持磁阻最小，给转子施加力矩，使相邻转子齿与之对齐。 ✓ 第二拍：B相励磁绕组通电，C、A励磁绕组断电。 ✓ 第三拍：C相励磁绕组通电，A、B励磁绕组断电。 如通电顺序：A、B、C逆时针旋转；如通电顺序相反，则顺时针旋转 通电顺序也可以A-AB-B-BC-C-CA
精选
精选
精选
同一台步进电机，因通电方式的不同，运行时的步距角也是 不同的，采用单、双拍通电方式时，步距角要比单拍通电方 式减小一半。
③ 为了满足快速响应的要求，电机应该有较小的转动惯量和 大的堵转转矩，并且有尽可能小的时间常数和启动电压。 电机应具有耐受4000rad/s2以上角加速度的能力，才能保 证电机在0.2s以内从静止到额定转速。
④ 电机应能承受频繁启动、制动和反转。
精选
6.2 步进电动机伺服系统
开环位置伺服系统也叫步进式伺服系统，其驱动元件为步进 电机。
功率步进电机控制系统的结构最简单，控制最容易，维修最 方便，控制为全数字化，这完全符合数字化控制技术的要求， 控制系统与步进电机的驱动控制电路结为一体。
随着计算机技术的发展，除功率驱动电路之外，其它硬件电 路均可由软件实现，从而简化了系统结构，降低成本，提高 了系统的可靠性。
而步进电机的功耗太多，速度也不高。 目前的步进电机在脉冲当量为1微米时，最高移动仅仅为
第六章 数控伺服系统
6.1 概述 6.1.1 伺服系统的概念 伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系
统。数控机床伺服系统又称为位置随动系统, 简称为伺服系 统。 常见的伺服系统有开环与闭环系统之分，直流与交流伺服系 统之分，进给伺服与主轴驱动系统之分，电液伺服与电气伺 服系统之分。 伺服系统是一种执行机构，它接受来自数控装置的进给指令 信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋 转运动。
多采用简易的位置控制。
精选
伺服系统的组成
组成：伺服电机 驱动信号控制转换电路 电子电力驱动放大模块
位置调节单元 速度调节单元 电流调节单元 检测装置
一般闭环系统为三环结构：位置环、速度环、电流环。
精选
位置、速度和电流环均由调节控制模块、检测和反馈部分组成。
电力电6子.驱1动.1装置由伺驱服动信系号统产生的电组路和成功率放大器组成。
按工作原理分：有反应式（磁阻式Hale Waihona Puke Baidu、电磁式、永磁式、永 磁感应式（混合式）。
按使用场合分：有功率步进电机和控制步进电机。 按电机结构分：有单段式（径向式）、多段式（轴向式）、
印刷绕组式。 按工作相数分：有三相、四相、五相等。 按使用频率分：有高频步进电机和低频步进电机。 数控机床中使用较多的是反应式步进电机和永磁感应式步进
严格来说：
位置控制包括位置、速度和电流控制；
速度控制包括速度和电流控制。
位置调解
速度调解
电流调解
转换驱动 电流反馈 速度反馈 位置反馈
M
工作台
G
精选
6.1.2 数控机床对伺服系统的要求
(1)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。包括定位精度和轮廓加工精度。
(2)稳定性好 稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能 在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状 态。直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。
电机
精选
精选
（2）步进电机的结构与工作原理
步进电机又称脉冲电机，每接受一个脉冲信号转子转过一个角度，称为步 距角。
脉冲数目：位移大小；脉冲频率：速度大小；通电顺序：方向控制。 步进电机的结构：（单段式三相反应式步进电机结构）： 工作原理：电磁吸合 转子：开槽形成齿 定子：有磁极 以三相单三拍为例说明工作原理： ✓ 第一拍：A相励磁绕组通电，B、C励磁绕组断电。A相定子绕组的磁力线