伺服电机步进给运动的控制

控

第一节概控机1进 制 第一节概控机床3 给 状态。对伺服系统要求有较强的 给速度均匀、平稳。稳定性直接影响数控加工的精度 第一节概控 工表面粗糙度，要求伺服系 指令信号的响应 快。这一方面要求过渡过程时间要短，一般在200ms 内，甚至小于几十毫秒；另一方面要求超调要小运 第一节概控机 运机床

第一节概控机

给 动

θ θ 测量及反

第一节概控机进

n 控机 方方 按通电顺序不同，其运行齿轮箱相单三拍、三 双三拍和三相单双六拍三种 控 控机机

控2床

A，B→CC，A→ 控机3、三相六拍控 B→B→B，

控4床电机的定子和转子铁心通常由硅钢片 给

控 床驱动控电路环形配器和率放器组环进 形分配器是用控制进电机的通电式给 将数控装置送的一列指令脉冲按一定顺序和运 配方式加到功放大控制各相组的断动 。 制 控 床 给的

M 制 控 当 控机2 到十 进 控 床 制

通过串功率电阻 控

控 运 控 AM 控机1、软件脉冲分配的控制——床对于三相六拍环形分配器，每当接收到一个进给脉冲指令，环形分配器软件根据下表所示真值表，按顺序及方向CCBAA001AB011B010BC110C100CA101 控 进给脉冲频率f→定子绕组通电/断电状态变化频率f步进电机转速ωV 控机 m—电机相数动

360 制 控 床进给如果在电机轴上外加一个负载转矩Mz，转子运会偏离平衡位置向负载转矩方向转过一个角动度θ，角度θ的转矩），控转矩与失调角θ的关系叫矩角特性，，近似制 控机3 作。步进电机在带负载（尤其是惯性负载）比空载要低。而且，随着www负进 4、连续运行频

加大（在允许范围内），运步进电机起动后，其运行速度能根据指令脉冲频率连动续上升而不丢步的最高工作频率，称为连续运行频率。其的值远大于启动频率，它也随着电机所带负载的性质和大小控而异，与驱动电源也有很大关系。制 控5、进给运动

进

、选择脉冲当量、步距角PL h——丝杠导程

i＝ 360 控41）

JsW 进

＝J i21i2 其中：Jt---折算至电机轴上的惯量 J1、J2---齿轮惯量 丝杠惯量 丝杆螺距制

大切削负载时所需力矩等≤0.5倍 控机其中Ma电机启动加速力矩 ）w 动基中M0=(Fp0.h)（1-η 制机1

动 3、数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种 控机4床位置传感器有直线式和旋转式两大类。若位置传感器所测量的对象就是被测量本身，即用直线式传感器测直线位移，用旋转式传感器测角位移，则该测量方式为

进若旋转式位置传感器测量的回转运动只是中间值，给再由它推算出与之关联的移动部件的直线位移，则该测运量方式为间接测量。 控床编编 控 床 床1光电编是一种回转式数字测量元件，通常装在数数控C床数二、光电 控 开1/4节距，两组狭缝相对应的光敏元件所产生的信号A彼此相差90数数控 C数二、光电

角 数控机1 数控 n移动部件固数控机 进给光栅往往固定在床身上运不动，而指示光栅随拖动板一起移动。标尺光栅的的尺寸常由测量范围确控定，指示光栅则为一小制

数控机床在直光栅中，若a为刻线宽度，b为缝隙宽度，则1.1:0.。线纹密度一般为每毫 、 数控机床数控机

ωW ω sin( 数控机4 W=ω/θ，夹角θ很小→

光栅移动一个栅距ω 大量刻线→误差平均效应→克服个别/局部 差→提高精 制数控 床 给数控 床数控W W光 光度压电输压压 出给 压输形压 出的控电的微控压输分压 出

数控 数控 床 控

5、光栅尺的输出信号与细分技术能在不增加一个栅距的大小。采用4频率提高了4倍，相当于原光栅的分辨力提高了3倍，测量步距是原来的1/4，较大地提高了测量 控数数数控光栅在数控镗 机床控1床 控 给 定尺固在床上尺则安在机的移部运 。通过对感电压测量，可以精地测出位移动 。的控机2、感应同步器 进 的控

余弦绕组 控机3、 控1） PLCworldcn的感应电压为：进ec=KUccos（θ+π/2）给滑尺正、余旋绕组上同时加激磁电压Us、Uc时，感应运同步器的磁路可是为线性的，根据叠加原理，则与之相耦动合的定尺绕组上的总感应电压为：的e=es+ec=Kumsin（ωt K—电磁感应系 θ—定尺绕组上的感应电压的相位控机1） 滑尺与定尺相对位移量x的求取 W:2π=x:== Wθ进 结论：相对位移量x与相位角θ呈线性关系，只 能测出相位角θ，就可求得位移量x控2） Us=UmUc=Um2θ1πx2／τ（wwwPLCworld2

e=Us+ =KUm 结论：只要能测出Us与Uc相位差θ1，就可求得滑尺 定尺相对位移量x控机床感应同步器的测量周期为其绕组的节距2τ（2mm）进给运动长感应同步器目前被广泛地应用于大位移静态与动态的测量中，例如用于三坐标测量机、程控数控机床及高精度控 控 的ld

③使用长，简单。定尺和滑尺，定子和转子互不接触，没有摩擦、磨损，所以使用很长。它不怕装设防护罩，防止铁屑进wwwPLCwor气隙。⑤工艺性好，成本较低，便于和成批生产。 控机进制 控2

进制nMCeΦC进制nMUaUaM时n，转速n的变化不大。 控机3床

制 控机4床进制 控 1） 控 控4、永磁直流伺服电动机——床连续额定电流Ie 运 最大理论加速度的 电气时间常数 控5床直流伺服驱动装置有晶闸管（即可控硅SCR） 进给运晶体管脉宽调制（）动通过脉宽调制器将直流电压转换成方波电压，通的过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，以达到控调速的目的。制 控机5、直流伺服驱动装置——晶闸管（即可控硅SCR）床

编编进

给运动

制数5、直流伺服驱动装置——晶闸管（即可控硅SCR） 床

MC 给

原理： 数5、直流伺服驱动装置——晶闸管（即可控硅SCR）控uαc1a3uαc1a3b5cabb2c①②4④a⑤6⑥bu 5132462460°513 466224床控硅触发角（进压，从而改变直给运动来，增大整流输的出电压；触发脉控制

ωt数5、直流伺服驱动装置——晶闸管（即可控硅SCR）控机[床①调速 进大，经电流调节器使触发脉冲前移，晶闸管整流器输出电压升高，使给电机转速恢复到干扰前的数值。运③电网波动动动 电流调节器的输出增加，触发脉冲前移，使整流器输出电压恢复到 制④启动、制动、加 widthmodulation）

放数5、直流伺服驱动装置——脉宽调制数5、直流伺服驱动装置——脉宽调制——控 床床U

数5、直流伺服驱动装置 数5、直流伺服驱动装置控机机 （USr+U△

U++-

t t

USr+U

S t 运

USr为正 t 数5、直流伺服驱动装置数5、直流伺服驱动装置控制的位置伺服系统—

数5、直流伺服驱动装置 控制的位置伺服系统—功放控机机床（GTR）T1T2T3

A

M

o

Ub 给 给

T T

UAB

O- O

t 控机通和关断，基极驱动电压Ub2Ub3–Ub1。以正脉冲较宽为例（机床时T4流维持电动状态：在t1≤tTUb1、Ub4为负，T1和流电流很快衰减到零，即t=t2时（见上面右图），id=0。在t2～T区段，2、T3在US和反电动势E的共同作用下导通，电枢电流反向，idid3由UST3T2地。电机处于反接制动状态。 当正脉冲较宽时，既t1>T/2，平均电压为正，电机正转；当正脉冲较窄时，既t1<T/2，平均电压为负，电机反转； 运 运 控 Us和–Us之间变换一次，故称为双极性。控制5、直流伺服驱动装置—控机 进滑作用，波形系数接近于1给运SCR系统由于导通角的影响，使交流电源的波形畸变、动高次谐波的干扰，降低了电源功率因数。系统的直的流电源为不受控的整流输出，功率因数高。控制校wwwwww控机1床2运运S 控机3床Nθ床Nθ进制SⅡⅠ

控机4床

60f1

p 式中：f–定子电源频 p–磁激对 S–转差动

控机1）、正弦脉宽调制 床o调制原理（以单相为例正弦脉宽调制 ）波形:与正弦波等效的一系等幅不等宽的矩形脉冲波，