开环伺服系统

1、二、对伺服系统的基本要求二、对伺服系统的基本要求 l伺服驱动系统的选用伺服驱动系统的选用 l1）精度要求：定位精度、重复定位精度、加工精度）精度要求：定位精度、重复定位精度、加工精度 l2）稳定性：达到平衡状态的能力）稳定性：达到平衡状态的能力 l3）响应速度：跟踪指令信号的速度）响应速度：跟踪指令信号的速度 l4）调速范围：最高转速与最低转速之比）调速范围：最高转速与最低转速之比Rn=nmax/nmin l5）低速转距特性）低速转距特性:低速时转距输出能力低速时转距输出能力 l关于定位精度和重复定位精度关于定位精度和重复定位精度 l 定位精度：移动件到达指令位置的准确度定位精度：移动件到达指

2、令位置的准确度 l 重复定位精度：移动件在任意定位点的定位一致性重复定位精度：移动件在任意定位点的定位一致性 第第2页页/共共82页页 l一、组成一、组成 伺服驱动单元、执行元件、传动机构伺服驱动单元、执行元件、传动机构 二、步进电机二、步进电机 将将电脉冲电脉冲转变成转变成机械角位移机械角位移的装置的装置 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 CNC步进电机步进电机 驱动放大驱动放大 工作台工作台 第第3页页/共共82页页 1.1.分类分类 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 v按按输出转矩输出转矩分：分： 伺服伺服步进电机步进电机、功率功率 步进电机。步进电机。 v按按励磁相数励磁相

3、数分：分： 三相三相、六相六相、五相五相、六相六相、八相八相 等等 v按按工作原理工作原理分：分： 反应式反应式、激磁式激磁式、混合式混合式（永磁反应式永磁反应式） 第第4页页/共共82页页 2.2.步进电机的结构步进电机的结构 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 v步进电机由步进电机由转子转子和和定子定子两部分组成两部分组成 定子定子上有绕组分为上有绕组分为若干相若干相，每相每相磁极上有磁极上有极齿极齿。 左图为左图为三相三相定子：定子：AA,BB,CC A、B、C三相每相两极，三相每相两极， 每极上五个齿每极上五个齿 1) 定子定子 五个极齿五个极齿 第第5页页/共共82页页 2.2.

4、步进电机的结构步进电机的结构 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 定子上线圈的绕法定子上线圈的绕法 A相A相 B相B相 C相C相 第第6页页/共共82页页 2.2.步进电机的结构步进电机的结构 2) 转子转子 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 转子转子上有上有均匀分布均匀分布的的 齿，没有绕组。齿，没有绕组。 转子齿转子齿间夹角为间夹角为9o 左图为一转子示意图：左图为一转子示意图： 以以四十齿四十齿为例来说明为例来说明 步进电机的原理步进电机的原理 第第7页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第8页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第

5、第9页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第10页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第11页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第12页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第13页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第14页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第15页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第16页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第17页页/共共82页页 4.4.工作原理工作原理 A A

6、相相 转转 子子 9 9 o o B B相相 转转 子子 3 3 o o C C相相 转转子子 6 6 o o 如果如果A相通电则转子齿与相通电则转子齿与A相极齿对齐，这时在相极齿对齐，这时在B相两极下相两极下 定子齿与转子齿中心线并不对齐，而是转子齿中心线较定定子齿与转子齿中心线并不对齐，而是转子齿中心线较定 子齿中心线反时针方向子齿中心线反时针方向落后落后1/3齿齿距，即距，即3o。 因此，当通电状态由因此，当通电状态由A相变为相变为B相时，转子顺时针方向相时，转子顺时针方向 转过转过3o，C相通电再转相通电再转3o。 C相下，转子齿超前相下，转子齿超前6o。 第六章第六章 伺服驱动系统伺

7、服驱动系统 第第18页页/共共82页页 4.4.工作原理工作原理 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 三拍三拍通电激磁，步距角通电激磁，步距角= = 3= 3o o 3 4 40 0 063 1 . . 一般一般 = m绕组相数；绕组相数； Z转子齿数，单拍转子齿数，单拍k=1,双拍双拍k=2。 mzk 063 六拍六拍通电激磁，步距角通电激磁，步距角 = = 1.5o 3 40402 . . 063 第第19页页/共共82页页 4.4.工作原理工作原理 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 定子绕组定子绕组通断电顺序通断电顺序 转子转子转向转向 定子绕组定子绕组通断电转换频率通断电转换

8、频率 转子转子转速转速 定子绕组定子绕组通断电次数通断电次数 转子转子转角转角 三相单三拍三相单三拍 A B C A A B C A （K=1K=1） 三相双三拍三相双三拍 AB BC CA AB AB BC CA AB （K=1K=1） 三相六拍三相六拍 A AB B BC C CA A A AB B BC C CA A （K=2K=2） v 通断电方式通断电方式 第第20页页/共共82页页 5 5. .主要控制特性主要控制特性 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 最高工作频率（最高工作频率（f fmax max） ） 加减速特性加减速特性 矩频特性矩频特性 启动频率（启动频率（f fs

9、t st） ） 步距角（步距角（）及步距误差及步距误差 静态转矩与矩角特性静态转矩与矩角特性 最大启动转矩最大启动转矩Mq 第第21页页/共共82页页 1) 1) 步距角（步距角（）及步距误差及步距误差 步距角步距角是两个是两个相临脉冲时间相临脉冲时间内内转子转子转过的角度转过的角度, ,一般来一般来 说说步距角越小步距角越小, ,控制越精确。控制越精确。 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 5 5. .主要控制特性主要控制特性 步距误差步距误差直接影响执行部件的直接影响执行部件的定位精度定位精度. . 步进电动机单相通电时步进电动机单相通电时, ,步距误差步距误差取决于取决于定子和转子定

10、子和转子的的分齿分齿 精度精度, ,和各相定子和各相定子错位角度的精度错位角度的精度。 多相通电时多相通电时, ,其不仅与上述因素有关其不仅与上述因素有关, ,还和还和各相电流大小各相电流大小, ,磁磁 路性能路性能有关。有关。 第第22页页/共共82页页 2）静态转矩与矩角特性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，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（使磁路中的磁阻最小，转子处在平衡位置不动（0）。如果在电机轴上外）。如果在电机轴上外 加一个负载转矩加一个负载转矩Mz，转子会偏离平衡位

11、置向负载转矩方向转过一个角度，转子会偏离平衡位置向负载转矩方向转过一个角度， 角度角度称为失调角。有失调角之后，步进电机就产生一个静态转矩（也称为称为失调角。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。静态转矩与失调角电磁转矩），这时静态转矩等于负载转矩。静态转矩与失调角的关系叫矩的关系叫矩 角特性，如图角特性，如图6-6所示，近似为正弦曲线。该矩角特性上的静态转矩最大值所示，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

12、转 矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置（矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置（0）。）。 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 O Mjmax M 静态稳定区 - -/2 /2 图6-6 静态矩角特性 第第23页页/共共82页页 3）最大启动转矩Mq 图6-7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 Mq 。如果外加负载转矩大于Mq ，电机就不能启动。如图6-7所示,当A相通 电时，若外加负载转矩Ma Mq ，对应的失调角为a ，当励磁电流由A相切 换到B相时，对应角b ，B相的静转矩为Mb。从图中看出Mb Mq

13、,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。 b A B C 图6-6 三相单三拍步进电机的启动转矩 Mb Mq Ma M a 第第24页页/共共82页页 4 4）最高启动频率）最高启动频率 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 空载时空载时，步进电机由，步进电机由静止突然启动静止突然启动，并，并不失步不失步的进入稳速运行，的进入稳速运行， 所允许的所允许的启动频率的最高值启动频率的最高值为为最高启动频率最高启动频率. . 启动时频率启动时频率大于最高启动频率时步进电机不能正常工作，大于最高启动频率时步进电机不能正常工作，最高最高 启动频率启动频率与步进电机的

14、与步进电机的惯性负载有关惯性负载有关. . 5 5）最高工作频率）最高工作频率 步进电机工作频率连续上升时，电动机不失步运行的最步进电机工作频率连续上升时，电动机不失步运行的最 高频率称为高频率称为最高工作频率最高工作频率。 它的值也和它的值也和负载负载有关。很显然，在同样负载下，有关。很显然，在同样负载下，最高工最高工 作频率远大于启动频率作频率远大于启动频率. . 第第25页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 在在连续运行状态连续运行状态下，步进电机的下，步进电机的电磁力矩电磁力矩随随频率频率的的升高升高而而 急剧下降急剧下降，这两者的关系称为，这两者的关系称为矩频特

15、性矩频特性. . 6 6）矩频特性）矩频特性 Md / NmMd / Nm f /Hzf /Hz 16*100016*1000 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 4 48 81212 第第26页页/共共82页页 7)加减速特性加减速特性 步进电机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率步进电机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率 和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的 变化频率与时间的关系变化频率与时间的关系. 当要求步进电机启动到大于突跳频率的工作频率时，变化速度当要求步进电机启动到大于突跳频率的工作频率时，变化

16、速度 必须逐渐上升必须逐渐上升 同样同样,当要求步进电机从最高工作频率或高于突跳频率的工作当要求步进电机从最高工作频率或高于突跳频率的工作 频率停止时，变化速度必须逐渐下降频率停止时，变化速度必须逐渐下降 逐渐上升或下降的加速时间、减速时间不能过小，否则会逐渐上升或下降的加速时间、减速时间不能过小，否则会 出现失步或超步出现失步或超步 一般用加速时间常数一般用加速时间常数Ta 和减速时间常数和减速时间常数Td来描来描 述步进电机的升速和降述步进电机的升速和降 速特性速特性 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第27页页/共共82页页 l步进电机转子有80个齿，采用三相六拍驱动方式，经 丝

17、杠螺母传动副驱动工作台做直线运动，丝杠的导程 为5mm，工作台移动最大速度为6mm/s。求： l(1)步进电机的步距角=？ l(2)工作点的脉冲当量？ l(3)步进电机的最高工作频率？ l解：(1) l(2) 丝杠导程步距角/360 =50.75/360=0.01(mm/脉冲) l(3) 75. 0 8023 360360 mkz )(60001. 0/6/Hzvf 第第28页页/共共82页页 6.6.步进电机的选择步进电机的选择 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 1)1)步进电机选择原则：步进电机选择原则： 步矩角步矩角 与机械系统相匹配，以得到系统所需的与机械系统相匹配，以得到系统所

18、需的 保证电机保证电机输出转矩输出转矩，大于负载所需转矩，大于负载所需转矩 能与机械系统的负载能与机械系统的负载惯量相匹配惯量相匹配 为使电机具有良好的为使电机具有良好的起动起动性能及较快的性能及较快的响应响应速度速度 推荐推荐 J Jleqleq/Jm=4/Jm0或R50时 为反； R7：TAB数据表指针。 以上参数在主程序中给定。 l出口：R7：子程序结束时电动机的状态，供下次调 用时参考。 第第55页页/共共82页页 l源程序如下： lSBU1： MOV DPTR，#TAB l AJMP REDO ；转移去判断正反转 lDRIVER： MOV，R7 ；驱动步进电动机 l MOV A，A+

19、DPTR l MOV P1，A l ACALL DELAY ；调延时子程序 l DJNZ R6，REDO ；距离不为0转移 l MOV R7，A ；为0保存指针后返回 l RET lREDO： CJNE R5，#00，NON ；如为反转则转移 l CJNE R7，#05，L1 ；正转：指针不到数组尾转移 l MOV R7，#00H ；否则指针清零 l AJMP DRIVER lL1： INC R7 ；指针加1 l AJMP DRIVER lNON： CJNE R7，#00H，L2 ；反转：指针不在数组首转移 l MOV R7，#05H ；否则指针置5 l AJMP DRIVER lL2： DE

20、C R7 ；指针减1 lTAB： DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H 第第56页页/共共82页页 l这里省略了延时子程序，通过改变延时时间 的长短来控制电动机的速度。在以计算机为 控制核心的经济型数控机床中采用软件进行 脉冲分配已形成趋势。虽然软件脉冲分配增 加了编程的复杂程度，但它省去了环形脉冲 分配器，系统减少了器件，降低了成本，也 提高了系统的可靠性。 第第57页页/共共82页页 （二）步进电机驱动电源（二）步进电机驱动电源 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 1对驱动电源的要求对驱动电源的要求 实际上，步进电机是实际上，步进电机是感性负载感性负载， 绕组中电流绕组

21、中电流不能突变不能突变，而是按，而是按 指数规律指数规律上升或下降上升或下降, ,从而使整个从而使整个 通电周期内，绕组通电周期内，绕组电流平均值电流平均值下降，下降， 电机电机输出转矩下降输出转矩下降。 理想理想驱动电源使电机驱动电源使电机绕组电流绕组电流 尽量接近尽量接近矩形波矩形波。 而当电机而当电机运行频率很高运行频率很高时，电流峰值时，电流峰值 显著小于显著小于额定额定励磁电流，从而导致电机励磁电流，从而导致电机 转矩进一步下降，严重时不能启动。转矩进一步下降，严重时不能启动。 第第58页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 上升时电流时间常数上升时电流时间常数

22、Ti = L/R L步进电机绕组平均电感量步进电机绕组平均电感量 R通电回路电阻，包括：通电回路电阻，包括： 绕组内阻绕组内阻、功率放大器、功率放大器输出级内阻输出级内阻、串联电阻串联电阻 下降时电流时间常数下降时电流时间常数 Td = L/RD RD放大回路电阻放大回路电阻 为了提高步进电机动态特性，必须改善电流波形，为了提高步进电机动态特性，必须改善电流波形， 使前后沿陡度增大，方法有：使前后沿陡度增大，方法有： 第第59页页/共共82页页 1) 电阻法电阻法 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 从从 T Ti i=L/R =L/R 知，为知，为 ， 可可 R R， 故可在进电机绕组回

23、路中故可在进电机绕组回路中串联串联一个电阻一个电阻RoRo 此时，此时， T Ti i = L/( r+= L/( r+R R0 0 ) ) 特点：特点：线路简单，但线路简单，但 R Ro o ( ( 10 10)上消耗一定功率，上消耗一定功率， 发热量大发热量大，也降低了放大器的，也降低了放大器的效率效率，只，只适于小功率适于小功率步进电机。步进电机。 第第60页页/共共82页页 2) 电压法电压法 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 电感绕组通电状态时，绕组上电流为电感绕组通电状态时，绕组上电流为 Im=(E/r) (1-e-t/Ti ) E电源电压电源电压 电流增长率为电流增长率为

24、dE/dt= Im=(E/r) (1-e-t/Ti ) 可见，增大电源电压可以有效地改善电流上升陡度可见，增大电源电压可以有效地改善电流上升陡度 特点：特点：线路复杂线路复杂，需采用双电源，但，需采用双电源，但效率较高效率较高，效果好，效果好， 适于适于中小型功率中小型功率步进电机。步进电机。 第第61页页/共共82页页 2单电压型驱动电源单电压型驱动电源 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 电容电容C: 在接通瞬间短接在接通瞬间短接R R 电流由电流由 ELCT1 故故C C称称 加速电容加速电容 电阻电阻Rc: 在电流达到在电流达到恒定后恒定后还起还起限流作用限流作用， 改变了时间常数

25、改变了时间常数 ，提高了响，提高了响 应速度，此时电流由应速度，此时电流由 ELRcT1 输入脉冲为输入脉冲为“0 0”时，时，T1T1截止截止，il=0 输入脉冲为输入脉冲为“1 1”时，时，T1T1导通导通 R a LC L RR Rc RL 第第62页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 输入输入脉冲消失脉冲消失后，后，T T1 1截止，截止， L L两端将产生一感应电压。两端将产生一感应电压。 V=L(di/dt)，由于由于T T1 1关断时间关断时间dtdt很短，很短， 故故感应电压感应电压U U很大，将击穿晶体管，很大，将击穿晶体管， 为此增加二极管为此增加二极

26、管 D D 续流续流，续流电流，续流电流: : LRcDL 2单电压型驱动电源单电压型驱动电源 Rc 第第63页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 而而T2T2在在高压控制电路高压控制电路下下导通导通 时间时间t t1 1较短较短 (100-600 (100-600 s) s) 绕组在绕组在高压高压 EHEH下电流下电流 迅速增大迅速增大至至额定值额定值， 此时此时低压低压 ELEL无效无效。 3高低压双压型驱动电源高低压双压型驱动电源 输入脉冲信号为输入脉冲信号为“0 0”时，时， T1T1、T2T2均截止，均截止，I IL L=0=0 输入信号为输入信号为“1 1”时

27、，时，T1T1 导导 通通 t t1 1之后之后，T2T2截止截止，低压供压低压供压， 维持维持绕组所需的绕组所需的额定电流额定电流IeIe EH EL 第第64页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 输入脉冲输入脉冲信号消失信号消失( (为为“0 0”) )， T1T1、T2T2均截止均截止， L L上电流经上电流经放电回路放电回路： LRoD2EHELD1L 迅速下降迅速下降 EH供电，励磁电流供电，励磁电流前沿电流前沿电流 Ip=EH/(r+R0)(1-e-t/Ti ) 由此计算由此计算t1 t1=T/n EH/EH+ In (r+R0) In要求高压通电，要求高压通

28、电， 电流达到的数值电流达到的数值 3高低压双压型驱动电源高低压双压型驱动电源 EH EL 第第65页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 1)1) 绕组上电流绕组上电流I Il l 随外加电压 随外加电压( (E EH H、E EL L) )变化而变化变化而变化， 当外加电压变化时，电机特性变差，工作不稳定当外加电压变化时，电机特性变差，工作不稳定 2) 绕组电流绕组电流波形下凹波形下凹， 使电机使电机输出转矩降低输出转矩降低 3) R R的存在使的存在使效率降低效率降低 EH EL EH EL 存在的问题：存在的问题： 第第66页页/共共82页页 4电流斩波型电流斩波型

29、 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 在绕组回路中在绕组回路中串接电流检测电路：串接电流检测电路： 当绕组电流当绕组电流下降至一定下降至一定下限下限时，时， 由检测电路发生信号、控制由检测电路发生信号、控制 高压管高压管再度接通再度接通，使绕组，使绕组 电流回升电流回升； 当电流当电流增至某一增至某一上限上限时，时， 再次再次断开断开高压源高压源。 特点：特点：结构复杂、响应速度快、驱 动能力强、功耗低、噪声大。 应用：应用：大（中）型功率步进电机的 驱动 第第67页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第68页页/共共82页页 5细分驱动电源细分驱动电源 第六章第六

30、章 伺服驱动系统伺服驱动系统 若励磁电流若励磁电流以方波以方波达到额定值，则转子转过达到额定值，则转子转过一个步距角一个步距角； 而若励磁电流以而若励磁电流以若干级若干级上升上升到额定值，则转子以到额定值，则转子以同样同样的的 若干级若干级转过一个步距角，即可使步进电机步距变小。转过一个步距角，即可使步进电机步距变小。 细分即使电机通电电流由细分即使电机通电电流由矩形波矩形波转变为转变为阶梯波阶梯波，即使励磁，即使励磁 电流以电流以若干个等幅、等宽若干个等幅、等宽的阶梯上升到额定值，并以同样的阶梯上升到额定值，并以同样 的阶梯从额定值下降到零。的阶梯从额定值下降到零。 细分技术的关键是如何获得

31、阶梯波。下面介绍应用单片机细分技术的关键是如何获得阶梯波。下面介绍应用单片机 进行细分驱动的技术。进行细分驱动的技术。 第第69页页/共共82页页 步进电机细分驱动： 切换时，绕组电流并非全部 切除或通入，只改变额定值的一部分（如1/4)，转 子也只转动步距角的一部分（如1/4)。 第第70页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第71页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第72页页/共共82页页 四、提高步进电机伺服系统精度的措施 l存在的问题：无位移检测元件，定位精度主要取决 于传动精度 l改善措施 1.反向间隙补偿：在换向时通过附加脉冲进行补

32、偿 2.螺距误差补偿：采用机械样板或附加脉冲进行补偿 3.反馈补偿：通过检测器进行系统误差检测，周期性周期性 地发出补偿脉冲。 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 第第73页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 步进电机步进电机 第第74页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 步进电机功率驱动器步进电机功率驱动器 第第75页页/共共82页页 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 步进电机功率驱动器步进电机功率驱动器 第第76页页/共共82页页 4.4. 步距角越小，意味着它所能达到的步距角越小，意味着它所能达到的位置精度位置精度越越 ； 1.1.

33、步进电机的步进电机的步距角步距角计算公式为计算公式为 ； 2.2. 齿距角齿距角的计算公式为的计算公式为 ； 3.3. 一个齿距角的电角度是一个齿距角的电角度是 ； 5.5. 一个步距角的一个步距角的电角度电角度是是 ； 6.6. 在数控制机床中常采用的步距角是在数控制机床中常采用的步距角是 。 习 题 =360o/mzk z z=360/z=360/z 360o =360=360o o/mk/mk 高高 3o 1.5o 0.75o 第第77页页/共共82页页 习 题 7. 三相步进电机为什么常采用三相步进电机为什么常采用三相六拍三相六拍驱动方式，而很少采驱动方式，而很少采 用用 三相三拍三相

34、三拍驱动方式？驱动方式？ 答答：三相三拍：三相三拍驱动时，三相绕组是按驱动时，三相绕组是按ABCA或或 ACBACBA的顺序通电，而的顺序通电，而三相六拍三相六拍驱动方式是按驱动方式是按 AABBBCCCAAAABBBCCCAA顺序通电（或顺序通电（或相反方向相反方向）。由）。由 于于三相六拍三相六拍制在转换时始终保持有一相线圈通电，故其制在转换时始终保持有一相线圈通电，故其工作稳工作稳 定性好定性好，而且步距角比，而且步距角比三相三拍三相三拍驱动方式缩小了一半，可以提驱动方式缩小了一半，可以提 高高位置精度位置精度。 第第78页页/共共82页页 习 题 8. 常用步进电动机的常用步进电动机的

35、性能指标性能指标有哪些？有哪些？ 答：答：(1) 静态距一角特性和最大静态转矩。静态距一角特性和最大静态转矩。 (2) 启动转矩。启动转矩。 (3) 空载启动频率。空载启动频率。 (4) 矩频特性。矩频特性。 第第79页页/共共82页页 习 题 9.9.为什么步进电机的为什么步进电机的输出转矩输出转矩随其随其运行频率运行频率的增高而逐渐减小？的增高而逐渐减小？ 答：答：因为步进电机的绕组是因为步进电机的绕组是感性负载感性负载，在通电或断电时，绕组，在通电或断电时，绕组 电流电流不能突变不能突变而是而是按指数规律按指数规律变化。在绕组通电时，电流逐渐变化。在绕组通电时，电流逐渐 上升，从而有效转

36、矩较小。绕组断电时，电流亦逐渐下降，上升，从而有效转矩较小。绕组断电时，电流亦逐渐下降，残残 余电流余电流产生与转动产生与转动方向相反方向相反的力矩。这些都使电机产生的的力矩。这些都使电机产生的平均平均 转矩转矩下降。另外，由于运行频率的提高，磁力线变化加剧，使下降。另外，由于运行频率的提高，磁力线变化加剧，使 涡流损耗涡流损耗增加，也造成输出转矩的下降增加，也造成输出转矩的下降 第第80页页/共共82页页 习 题 10. 已知已知脉冲当量脉冲当量0.005mm，步进电机步进电机步距角步距角为为0.75，滚珠丝，滚珠丝 杠基本杠基本导程导程为为4mm，求减速器的求减速器的传动比传动比 . 所以

37、，减速器传动比为所以，减速器传动比为 3:53:5。 解：脉冲当量解：脉冲当量 丝杠导程 步距角 传动比i丝杠导程 步距角 传动比i = 360o 360o 程程导导 0.005 360 4 0.75 3 5 0.6i = = = 第第81页页/共共82页页 第第82页页/共共82页页 2.2.步进电机的结构步进电机的结构 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 v步进电机由步进电机由转子转子和和定子定子两部分组成两部分组成 定子定子上有绕组分为上有绕组分为若干相若干相，每相每相磁极上有磁极上有极齿极齿。 左图为左图为三相三相定子：定子：AA,BB,CC A、B、C三相每相两极，三相每相两极， 每极上五个齿每极上五个齿 1) 定子定子 五个极齿五个极齿 第第5页页/共共82页页 2.2.步进电机的结构步进电机的结构 第六章第六章 伺服驱动系统伺服驱动系统 定子上线圈的绕法定