数控伺服系统

第八章

数控伺服系统第一页，共二十七页。进给轴：伺服电机+滚珠丝杠+位置检测减少进给轴所需要的驱动扭矩提高定位精度运动平稳性第二页，共二十七页。二、步进电机步进电机又称电脉冲马达。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。1定义：输入一个电脉冲

电机就转过一个相应角度。转子的角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数量及其频率成正比。步距角第三页，共二十七页。B

定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相，采用Y连接，假设转子有四个齿。ACIAIBIC定子转子2、步进电动机的原理第四页，共二十七页。

由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。

现以ABCA的通电顺序，使三相绕组

轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。BCIAIBIC第五页，共二十七页。1.三相单三拍CA'BB'C'A3412

A相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。“三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。第六页，共二十七页。CA'BB'C'A3412

同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B´

磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。1C'342CA'BB'A第七页，共二十七页。

这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。

按ABCA……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。第八页，共二十七页。CA'BB'C'A3412

A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。2.三相六拍按AABBBCC

CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。第九页，共二十七页。CA'BB'C'A3412

A、B相同时通电，A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15，到达左图所示位置。第十页，共二十七页。CA'BB'C'A3412

B相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15。第十一页，共二十七页。3412CA'BB'C'AB、C相同时通电，C'、C

磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过15。第十二页，共二十七页。三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AABBBCC

CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90(齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。第十三页，共二十七页。AB通电CA'BB'C'A3412BC通电3412CA'BB'C'ACA通电CA'BB'C'A3412与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30(步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。3.三相双三拍按ABBCCA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。第十四页，共二十七页。

从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：—步距角Zr

—转子齿数m—每个通电循环周期的拍数实用步进电机的步距角多为3和1.5，如何做?第十五页，共二十七页。步进电机由转子和定子两部分组成，下图中三相定子A、B、C，三相每相两极：AA’,BB’,CC’，每极上5个齿。齿距角9度为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的第十六页，共二十七页。

定子上线圈的绕法

转子（40齿）

齿距角9度第十七页，共二十七页。A相B相C相定子转子定子转子定子转子B相C相第十八页，共二十七页。

通断电方式

三相单三拍：A→B→C→A

三相双三拍：AB→BC→CA→AB

三相六拍：A→AB→B→BC→C→CA→AA相B相C相->表示1个脉冲定子转子定子转子定子转子第十九页，共二十七页。1）若步进电机采用分别采用三相单三拍、三相双三拍、三相六拍通电方式，转子齿数为60，则步距角分别为多少？2）三相六拍通电方式中，若控制的指令脉冲频率为2400，则步进电机转速为多少r/min?3）三相六拍通电方式中，若控制的脉冲数为1000个，则电机转过了多少角位移？练习7第二十页，共二十七页。三、伺服电动机伺服电动机可分为两类：伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。交流伺服电动机直流伺服电动机伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。第二十一页，共二十七页。直流伺服他励电机原理RdIdIdFUdEdΦ第二十二页，共二十七页。直流伺服电动机的机械特性方程可调整多个参量实现调速，调速性能好。输出扭矩大，过载能力强。电刷和换向器易磨损，最高转速受限制。直流伺服电机逐渐的被交流伺服电机所取代。特点：第二十三页，共二十七页。交流同步伺服电机结构第二十四页，共二十七页。交流同步伺服电机工作原理Nsnsnr

θ

SsSNf:电源频率p:定子磁极对数第二十五页，共二十七页。交流伺服电机的优点:结构简单、成本低较硬的机械特性转子的转动惯量小机械特性：转速受负载影响的程度第二十六页，共二十七页。内容总结第八章

数控伺服系统。转子的角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数量及其频率成正比。由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。A相绕组通电，B、C相。“三相”指三相步进电机。“三拍”指通电三次完成一个通电循环。齿和B、B´磁