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1、第三章执行元件选择与设计第1页，本讲稿共39页第三章第三章第三章第三章 机电一体化系统机电一体化系统机电一体化系统机电一体化系统执行元件的选择与设计执行元件的选择与设计执行元件的选择与设计执行元件的选择与设计 第第3.1节节 执行元件执行元件 执行元件执行元件是将控制信号转换成机械是将控制信号转换成机械运动和机械能量的转换元件。运动和机械能量的转换元件。3.1.1 执行元件的种类及特点执行元件的种类及特点第2页，本讲稿共39页执行元件的特点行元件的特点1.1.电气执行元件电气执行元件电气执行元件电气执行元件 电气执行元件包括直流电气执行元件包括直流电气执行元件包括直流电气执行元件包括直流(DC
2、)(DC)伺服电机、交流伺服电机、交流伺服电机、交流伺服电机、交流（ACAC）伺服电机、步进电机以及电磁铁等。对这些）伺服电机、步进电机以及电磁铁等。对这些）伺服电机、步进电机以及电磁铁等。对这些）伺服电机、步进电机以及电磁铁等。对这些伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态性能好，适合于频繁使用，便于维修等能好，适合于频繁使用，便于维修等能好，适合于频繁使用，便于维修等能好，适合于频繁使用，便于维修等 2 2液压式执行元件液压式执行元件液压式执行元件液
3、压式执行元件 液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功缸、液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点率的情况下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点 3 3气压式执行元件气压式执行元件气压式执行元件
4、气压式执行元件 气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大与液压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可的驱动力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。压缩
5、性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。压缩性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。压缩性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。第3页，本讲稿共39页执执行元件的特点以及行元件的特点以及行元件的特点以及行元件的特点以及优优缺点缺点缺点缺点 种类种类特点特点优点优点缺点缺点电电气气式式 可用商可用商业电源；源；信号与信号与动力力传送送方向相同；有交方向相同；有交流直流之分；注流直流之分；注意使用意使用电压和功和功率。率。操作操作简便；便；编程容程容易；能易；能实现定位伺定位伺服控制；响服控制；响应快、快、易与易与计算机算机（CPUCPU）连接；体接；体积小、小、动力大、无力大、无污染。染。瞬瞬时
6、输出功率大；出功率大；过载差；一旦卡差；一旦卡死，会引起死，会引起烧毁事故；受外界噪事故；受外界噪音影响大。音影响大。气气压压式式 气体气体压力源力源压力力5757MpaMpa；要；要求操作人求操作人员技技术熟熟练。气源方便、成本低；气源方便、成本低；无泄露而无泄露而污染染环境；境；速度快、操作速度快、操作简便。便。功率小、体功率小、体积大、大、难于小型化；于小型化；动作不平作不平稳、远距距离离传输困困难；噪；噪音大；音大；难于伺服。于伺服。液液压压式式 液体液体压力源力源压力力20802080MpaMpa；要求操作人要求操作人员技技术熟熟练。输出功率大，速度出功率大，速度快、快、动作平作平稳
7、，可，可实现定位伺服控制；定位伺服控制；易与易与计算机算机（CPUCPU）连接。接。设备难于小型化；于小型化；液液压源和液源和液压油油要求要求严格；易格；易产生泄露而生泄露而污染染环境。境。第4页，本讲稿共39页3.1.23.1.2机电一体化系统对执行元件的基本要求机电一体化系统对执行元件的基本要求机电一体化系统对执行元件的基本要求机电一体化系统对执行元件的基本要求 （1）惯量小，动力大。惯量小，动力大。（2）体积小，重量轻。体积小，重量轻。（3）安装方便、便于维修维护。安装方便、便于维修维护。（4）易于实现自动化控制。易于实现自动化控制。3.2 机电一体化系统常用的控制电动机机电一体化系统常
8、用的控制电动机 常用伺服控制电动机常用伺服控制电动机 ：DC/AC电动机、力矩电动机、步进（脉冲）电电动机、力矩电动机、步进（脉冲）电动机、变频调速电动机、开关电磁电动机以及其动机、变频调速电动机、开关电磁电动机以及其他电动机（直流或交流脉宽调速电动机、电磁伸他电动机（直流或交流脉宽调速电动机、电磁伸缩元件）等。缩元件）等。第5页，本讲稿共39页常用伺服控制电动机的控制方式常用伺服控制电动机的控制方式 主要有：开环控制、半闭环控制、闭环主要有：开环控制、半闭环控制、闭环控制三种。控制三种。如图所示数控机床伺服系统。如图所示数控机床伺服系统。它由控制器、被控对象、反馈测量装置等它由控制器、被控对
9、象、反馈测量装置等它由控制器、被控对象、反馈测量装置等它由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组成。部分组成。部分组成。部分组成。第6页，本讲稿共39页3.2.1 3.2.1 机电一体化系统机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求对伺服控制电动机的基本要求 为实现运动、功率为实现运动、功率/能量、控制运动方式的转换，对能量、控制运动方式的转换，对伺服控制电动机提出了一些基本要求。伺服控制电动机提出了一些基本要求。（1）性能密度大。即功率密度）性能密度大。即功率密度 Pw=P/G 或比功率或比功率密度密度 Pbw=(T2/J)/G 大。大。（2）快速性好。加速度大、响应特性好。）快速性好。加速度
10、大、响应特性好。（3）位位置置控控制制与与速速度度控控制制精精度度高高、调调速速范范围围大大、低速平稳性好、分辨率高以及振动噪音小。低速平稳性好、分辨率高以及振动噪音小。（4）能适应频繁启动，可靠性高、寿命长。）能适应频繁启动，可靠性高、寿命长。（5）易于与计算机对接，实现计算机控制。）易于与计算机对接，实现计算机控制。第7页，本讲稿共39页3.2.2 伺服控制电动机基本特性伺服控制电动机基本特性伺服控制电动机基本特性伺服控制电动机基本特性 无论无论动力用动力用伺服控制电动机伺服控制电动机，还是，还是控制用伺服控制用伺服控制电动机控制电动机，功率，功率转速转速转矩的电特性是电机转矩的电特性是电
11、机重要的基本特性指标之一。重要的基本特性指标之一。对于伺服控制电机而言，恒转矩工作特性是对于伺服控制电机而言，恒转矩工作特性是衡量电机调速性能的重要参数之一。衡量电机调速性能的重要参数之一。第8页，本讲稿共39页3.3 3.3 步进电动机与驱动步进电动机与驱动 3.3.1 3.3.1 步进电动机的特点、种类、工作原理步进电动机的特点、种类、工作原理步进电动机的特点、种类、工作原理步进电动机的特点、种类、工作原理 （1）步进电动机的特点步进电动机的特点 控制精度由步进角决定（控制精度由步进角决定（）。）。抗干扰能力强，在电机电特性工作范围内，抗干扰能力强，在电机电特性工作范围内，不产生丢步或无法
12、工作等现象。不产生丢步或无法工作等现象。电机每转动一步进角，尽管存在一定的转电机每转动一步进角，尽管存在一定的转角误差，但电机转动角误差，但电机转动360360时，转角累计误差将时，转角累计误差将归零。归零。控制性能好，不会产生控制性能好，不会产生“丢步丢步”现象（频现象（频繁启动、停止、变换）。繁启动、停止、变换）。易于与计算机实现对接。易于与计算机实现对接。第9页，本讲稿共39页（2 2）步进电动机的种类）步进电动机的种类）步进电动机的种类）步进电动机的种类 种类种类 按转子构成分类：按转子构成分类：可变磁组型（可变磁组型（VR）步进电机）步进电机 转子为导磁体，转子为导磁体，也称反应式步
13、进电机。也称反应式步进电机。永磁型（永磁型（PM）步进电机）步进电机 转子为永磁铁。转子为永磁铁。混合型（混合型（HB-Hybrid）步进电机）步进电机 转子为导磁转子为导磁体和永磁铁的组合。体和永磁铁的组合。按定子绕组对数分类：按定子绕组对数分类：分为分为2相、相、3相、相、4相、相、5相、相、10相等相等步进电机。步进电机。按定子绕组通电极性分类：按定子绕组通电极性分类：分为单极性和双极性步进电机。分为单极性和双极性步进电机。第10页，本讲稿共39页（3 3）步进电动机的工作原理）步进电动机的工作原理）步进电动机的工作原理）步进电动机的工作原理 当第一个脉冲通入当第一个脉冲通入A A相时，
14、磁通企图沿着磁阻最小相时，磁通企图沿着磁阻最小的路径闭合，在此磁场力的作用下，转子的的路径闭合，在此磁场力的作用下，转子的1 1、3 3齿要齿要和和A A级对齐。当下一个脉冲通入级对齐。当下一个脉冲通入B B相时，磁通同样要按相时，磁通同样要按磁阻最小的路径闭合，即磁阻最小的路径闭合，即2 2、4 4齿要和齿要和B B级对齐，则转级对齐，则转子就顺逆时针方向转动一定的角度：子就顺逆时针方向转动一定的角度：第11页，本讲稿共39页3.3.2 3.3.2 步进电动机的运行特性与性能指标步进电动机的运行特性与性能指标步进电动机的运行特性与性能指标步进电动机的运行特性与性能指标 （1）分辨率分辨率主主
15、要要指指步步进进角角=360/znK。如如：0.6/1.2、0.75/1.5、0.9/1.8、。（2）静态特性静态特性 主要指步进电机在稳态工作条件下的特性，包括：主要指步进电机在稳态工作条件下的特性，包括：矩矩角特性、静转矩、静态稳定特性角特性、静转矩、静态稳定特性等。等。失调角示意图失调角示意图 矩角特性曲线矩角特性曲线 第12页，本讲稿共39页（3 3）动态特性动态特性动态特性动态特性 动态特性参数：主要指动态特性参数：主要指动态稳定区动态稳定区、启动转矩启动转矩、矩频特性矩频特性、惯频特性惯频特性等。等。动动态态稳稳定定区区：在在步步进进电电机机从从A A相相转转换换为为B B（或或A
16、BAB）相相通通电电，不不产产生生丢丢步步时时的的稳稳定定工工作作区区域域r r。从从图图中中可可以以得得出出，步步进进电电机机工工作作的的拍拍数数越越多多，稳稳定定工工作作区域区域r r越接近静态稳定工作区域越接近静态稳定工作区域e e，越不容易丢步。，越不容易丢步。起起动动转转矩矩TqTq：两两相相（A A、B B）矩矩角角特特性性之之交交点点TqTq表表示示步步进进电电机机单单相相励励磁磁时时所所能能带带动动的的极极限限负负载载转转矩矩，与与步进电机的相数和通电方式有关。步进电机的相数和通电方式有关。矩角矩角特性特性曲曲线族族第13页，本讲稿共39页 最高连续运转频率最高连续运转频率f
17、fmaxmax及矩频特性：及矩频特性：步进电机步进电机连续运转时所能接受的最高控制频率连续运转时所能接受的最高控制频率f fmaxmax，称最高，称最高连续运转频率；步进电机连续运转转矩随频率连续运转频率；步进电机连续运转转矩随频率的增加而降低，称矩频特性。的增加而降低，称矩频特性。矩角特性曲矩角特性曲线族族第14页，本讲稿共39页3.3.3 步进电机的驱动与控制步进电机的驱动与控制 步进电机的驱动电路步进电机的驱动电路：主要由脉冲分配器和功：主要由脉冲分配器和功率放大器两部份组成。率放大器两部份组成。变频控制信号变频控制信号：主要有脉冲频率信号和方向：主要有脉冲频率信号和方向控制信号。控制信
18、号。步进电机驱动电路的组成步进电机驱动电路的组成 第15页，本讲稿共39页一种四相步进电机驱动实用电路一种四相步进电机驱动实用电路第16页，本讲稿共39页（1 1）环形脉冲分配器环形脉冲分配器环形脉冲分配器环形脉冲分配器 由于步进电机的工作原理是各绕组必须按一定的顺由于步进电机的工作原理是各绕组必须按一定的顺序通电变化才能正常工作（序通电变化才能正常工作（A B C A B ；A AB B BC C CA A AB B ），完成），完成这种通电顺序变化规律的部件称为这种通电顺序变化规律的部件称为环形脉冲分配器。实现脉冲环形分配的方法主环形脉冲分配器。实现脉冲环形分配的方法主要有三种：要有三种：
19、软件分频软件分频可充分利用计算机资源降低硬可充分利用计算机资源降低硬件成本，可适用多相脉冲分配，但将占用计算件成本，可适用多相脉冲分配，但将占用计算机运行时间，影响步进电机的运行速度。机运行时间，影响步进电机的运行速度。ICIC集成电路分频（集成电路分频（DDTDDT分频器）分频器）灵活性强，灵活性强，可搭接成任意通电顺序的环形分配器，不站用可搭接成任意通电顺序的环形分配器，不站用计算机的工作时间。计算机的工作时间。第17页，本讲稿共39页CH250 CH250 管角定义与三相六拍工作状态的接线图管角定义与三相六拍工作状态的接线图管角定义与三相六拍工作状态的接线图管角定义与三相六拍工作状态的接
20、线图 专用环形分频器专用环形分频器使用使用方便，接口简单，专业化生方便，接口简单，专业化生产质量可靠，成本低等。如：产质量可靠，成本低等。如：CH250三相绕组分频器三相绕组分频器；L297和和PMM8714两相绕组两相绕组分频器；分频器；PMM8713五相绕五相绕组电机分频器等。组电机分频器等。第18页，本讲稿共39页（2 2）功率放大器功率放大器功率放大器功率放大器 功率放大器是实现控制信号与步进电机匹配的重功率放大器是实现控制信号与步进电机匹配的重要组件。要组件。常见的步进电机功率放大器的组成与特点如下：常见的步进电机功率放大器的组成与特点如下：单电压功率放大电路单电压功率放大电路 特点
21、：电路结构简单，但串联特点：电路结构简单，但串联R2R2消耗能量降低放大消耗能量降低放大功率；电感较大使电路对脉冲反应较慢功率；电感较大使电路对脉冲反应较慢,输出波形输出波形差。主要用于转速要求不高的小型步进电机控制。差。主要用于转速要求不高的小型步进电机控制。第19页，本讲稿共39页高低压功率放大器高低压功率放大器 特点：具有高压驱动，特点：具有高压驱动，电流增长速度快、前沿电流增长速度快、前沿变陡，电机的扭矩和频变陡，电机的扭矩和频率得到提高率得到提高。特点：仅在脉冲开始时接通高压特点：仅在脉冲开始时接通高压电源，其余时间仅接通低压电源电源，其余时间仅接通低压电源供电。具有功效高、电流上升
22、率供电。具有功效高、电流上升率高、高速运转性能好，但波形陡高、高速运转性能好，但波形陡有时存在过冲现象，谐波丰富，有时存在过冲现象，谐波丰富，在低速运转时易产生振动。在低速运转时易产生振动。第20页，本讲稿共39页恒流源功率放大器恒流源功率放大器 第21页，本讲稿共39页（3 3）细分驱动电路细分驱动电路细分驱动电路细分驱动电路 采用细分驱动电路的目的：采用细分驱动电路的目的：整步运转或半步运整步运转或半步运转基础上，不改变步进电机结构，提高步进电转基础上，不改变步进电机结构，提高步进电机的运转、控制精度机的运转、控制精度。细分驱动电路的基本工作原理细分驱动电路的基本工作原理：对每一控制对每一
23、控制脉冲，细分使其电流逐步增加达到脉冲的最脉冲，细分使其电流逐步增加达到脉冲的最大电流（大电流（Imax），又逐步减少达到脉冲的最小电流），又逐步减少达到脉冲的最小电流（0），从而可实现高精度运转、控制、分辨，以），从而可实现高精度运转、控制、分辨，以及提高步进精度。及提高步进精度。第22页，本讲稿共39页常用的步进电机细分驱动电路常用的步进电机细分驱动电路常用的步进电机细分驱动电路常用的步进电机细分驱动电路 工作原理：工作原理：由基极开关电压由基极开关电压U1U5控制多路功率开控制多路功率开关管关管VTd1VTd5的通断，从而控制功放管的通断，从而控制功放管VT的导的导通电流大小，即步进电机
24、线圈绕组电流的大小，通电流大小，即步进电机线圈绕组电流的大小，实现对步进电机步进量的细分。实现对步进电机步进量的细分。特点：特点：功率开关管工作在开关状态，功耗很低，功率开关管工作在开关状态，功耗很低，但器件多、体积大。但器件多、体积大。多路功率开关细分电路多路功率开关细分电路第23页，本讲稿共39页单功率放大细分驱动电路单功率放大细分驱动电路单功率放大细分驱动电路单功率放大细分驱动电路 第24页，本讲稿共39页阶梯波控制信号的产生与放大方法阶梯波控制信号的产生与放大方法阶梯波控制信号的产生与放大方法阶梯波控制信号的产生与放大方法 分先放大后叠加；先叠加后放大两种方法分先放大后叠加；先叠加后放
25、大两种方法。第25页，本讲稿共39页（4）步进电机的微机控制步进电机的微机控制步进电机的微机控制步进电机的微机控制 主要分为：串行控制主要分为：串行控制和并行控制两种方法并行控制两种方法 串行控制方式串行控制方式 并行控制方式并行控制方式 第26页，本讲稿共39页3.4 直流直流直流直流（DC）伺）伺服电动机及其驱动服电动机及其驱动3.4.1 直流直流（DC）伺）伺服电动机工作原理服电动机工作原理 通过电刷和转换器产生的整流作用，使磁通过电刷和转换器产生的整流作用，使磁场磁动势和电枢电流磁动势正交，从而产生场磁动势和电枢电流磁动势正交，从而产生转动力矩。使用直流供电，实现速度和方向转动力矩。使
26、用直流供电，实现速度和方向调节控制，主要通过对直流电压调节控制，主要通过对直流电压/电流的大小电流的大小和方向进行调节来实现。和方向进行调节来实现。直流伺服电动机的调速控制如下图所示。直流伺服电动机的调速控制如下图所示。第27页，本讲稿共39页直流电机的调速方式直流电机的调速方式由于直流伺服电机的机械特性方程为：由于直流伺服电机的机械特性方程为：式中，式中，UC 电枢控制电压；电枢控制电压；R 电枢回路电阻；电枢回路电阻；每极磁通；每极磁通；Ce、Ct分别为电动机的结分别为电动机的结构常数。构常数。由此，直流伺服电机的控制方式如下：由此，直流伺服电机的控制方式如下：（1 1）调压调速（变电枢电
27、压，恒转矩调速）调压调速（变电枢电压，恒转矩调速）调压调速（变电枢电压，恒转矩调速）调压调速（变电枢电压，恒转矩调速）（2 2）调磁调速（变励磁电流，恒功率调速）（）调磁调速（变励磁电流，恒功率调速）（）调磁调速（变励磁电流，恒功率调速）（）调磁调速（变励磁电流，恒功率调速）（3 3）改）改）改）改变电枢回路电阻调速变电枢回路电阻调速变电枢回路电阻调速变电枢回路电阻调速第28页，本讲稿共39页典型直流伺服电动机控制数学模型典型直流伺服电动机控制数学模型第29页，本讲稿共39页直流直流（DCDC）伺）伺）伺）伺服电动机的特性服电动机的特性服电动机的特性服电动机的特性 特点：特点：具有较高的响应速
28、度、精度和频率，优良具有较高的响应速度、精度和频率，优良的控制特性等，但由于所用电刷和转换器是使用寿的控制特性等，但由于所用电刷和转换器是使用寿命较低，需要定期更换。命较低，需要定期更换。3.4.2 直流（直流（DC）伺）伺服电动机的驱动服电动机的驱动 要实现对直流电动机的速度和方向进行调节控要实现对直流电动机的速度和方向进行调节控制，通常可用两种驱动控制方式：制，通常可用两种驱动控制方式：晶体管直流脉宽调制驱动晶体管直流脉宽调制驱动；晶闸管直流脉宽调速驱动晶闸管直流脉宽调速驱动；第30页，本讲稿共39页（1 1 1 1）晶体管直流脉宽调制驱动）晶体管直流脉宽调制驱动）晶体管直流脉宽调制驱动）
29、晶体管直流脉宽调制驱动(PWM)(PWM)工作原理工作原理工作原理工作原理 在给定供电电压在给定供电电压U，由控制脉冲信号，由控制脉冲信号Ud控制晶体控制晶体管管VT的通断，从而使直流电动机得到脉冲驱动信号，的通断，从而使直流电动机得到脉冲驱动信号，改变脉冲控制信号的没一周期通电时间，就可改变改变脉冲控制信号的没一周期通电时间，就可改变直流电动机的平均工作电压直流电动机的平均工作电压Ua达到调速的目的；改达到调速的目的；改变供电压和续流二极管的极性，便可改变直流电动机变供电压和续流二极管的极性，便可改变直流电动机的转向。的转向。1）直流电动机的脉宽调速电路原理）直流电动机的脉宽调速电路原理第3
30、1页，本讲稿共39页2 2）直流电动机的方向控制电路）直流电动机的方向控制电路）直流电动机的方向控制电路）直流电动机的方向控制电路第32页，本讲稿共39页直流直流PMW调速驱动电路调速驱动电路直流电机直流电机PWM调速电路调速电路晶闸管驱动晶闸管驱动直流电机直流电机PWM调速电路调速电路H桥驱动桥驱动第33页，本讲稿共39页3.53.5 交流（交流（交流（交流（ACAC）伺）伺）伺）伺服电动机及其驱动服电动机及其驱动服电动机及其驱动服电动机及其驱动（1）常用交流伺服电动机常用交流伺服电动机永磁同步型（永磁同步型（SM）、电磁感应型（电磁感应型（IM）伺服电动机。伺服电动机。（2）基本工作原理）
31、基本工作原理 检测检测交流伺服电动机交流伺服电动机（SM型型/IM型）气隙磁场的大小和方型）气隙磁场的大小和方向，用电力电子转化器代替整流子和电刷，通过控制与气向，用电力电子转化器代替整流子和电刷，通过控制与气隙磁场方向相同的磁化电流和与与气隙磁场方向相垂直的隙磁场方向相同的磁化电流和与与气隙磁场方向相垂直的等效电流的方法，最终控制等效电流的方法，最终控制交流伺服电动机主磁通量大小和交流伺服电动机主磁通量大小和转矩，实现对电机的有效控制，简称矢量控制方法。转矩，实现对电机的有效控制，简称矢量控制方法。1）永磁同步型（）永磁同步型（SM）转子由永磁构成，不需磁化控制电流，只需检测磁铁转子由永磁构
32、成，不需磁化控制电流，只需检测磁铁转子位置和定子绕组磁通矢量控制电流，实现对电机主转子位置和定子绕组磁通矢量控制电流，实现对电机主磁通矢量电流的控制，从而获得对电机的速度和位置控磁通矢量电流的控制，从而获得对电机的速度和位置控制。制。第34页，本讲稿共39页永磁同步（永磁同步（永磁同步（永磁同步（SMSM）型伺服电动机控制框图）型伺服电动机控制框图）型伺服电动机控制框图）型伺服电动机控制框图CONV.整流器；整流器；SM同步电机；同步电机；INV.变换器；变换器；PS磁极位置检磁极位置检测器；测器；REF速度基准；速度基准；IGF电流函数发生器；电流函数发生器；SC速度放大器；速度放大器；CC
33、电流放大器；电流放大器；RD速度变换器；速度变换器；PWM脉宽调制器；脉宽调制器；P.B.U再生电力吸收电路。再生电力吸收电路。第35页，本讲稿共39页2 2）感应（）感应（）感应（）感应（IMIM）型伺服电动机控制框图）型伺服电动机控制框图）型伺服电动机控制框图）型伺服电动机控制框图第36页，本讲稿共39页3 3）交流伺服电动机的矢量控制交流伺服电动机的矢量控制交流伺服电动机的矢量控制交流伺服电动机的矢量控制 r1,X1定子绕组阻抗和漏抗；定子绕组阻抗和漏抗；r2,X2转子绕组阻抗和漏抗；转子绕组阻抗和漏抗；rm,Xm铁芯等效阻抗和主磁通所对应电抗；铁芯等效阻抗和主磁通所对应电抗；Im负载范
34、围内不变。负载范围内不变。S转差率转差率第37页，本讲稿共39页本章小节本章小节本章小节本章小节重点掌握：重点掌握：1 1）执行元件的主要类型和特点。）执行元件的主要类型和特点。2 2）机电一体化系统（产品）对执行元件基本要求。）机电一体化系统（产品）对执行元件基本要求。3 3）常用控制电机类型与主要特点。）常用控制电机类型与主要特点。4 4）机电一体化系统对伺服控制电动机基本要求。）机电一体化系统对伺服控制电动机基本要求。5 5）典型伺服控制电动机的主要特点和选用原则。）典型伺服控制电动机的主要特点和选用原则。6 6）步进电动机的运行特性与主要性能指标。）步进电动机的运行特性与主要性能指标。
35、7 7）步进电机的驱动与控制（驱动电路、变频控制信号、）步进电机的驱动与控制（驱动电路、变频控制信号、环形脉冲分配器、功率放大器、细分驱动电路、典型细环形脉冲分配器、功率放大器、细分驱动电路、典型细分驱动电路）。分驱动电路）。第38页，本讲稿共39页课外作业课外作业：1 题题：简简述述机机电电一一体体化化系系统统中中对对执执行行元元件件的的分分类类与特点（优缺点）。与特点（优缺点）。2 题题：机机电电一一体体化化系系统统的的执执行行元元件件的的基基本本要要求求是是什什么？么？3 题题：步步进进电电机机具具有有哪哪些些特特点点与与环环形形分分配配方方式是什么？式是什么？4 题题：步步进进电电机机驱驱动动电电源源功功率率放放大大器器电电路路种种类类以以及及工作原理是什么？工作原理是什么？5 题题：步步进进电电机机细细分分电电路路的的特特点点、细细分分方方式式和和原理是什么？原理是什么？第39页，本讲稿共39页