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1、数控技术检测伺服第1页，共58页，编辑于2022年，星期六直线式感应同步器结构图直线式感应同步器结构图l1基板基板 2 一绝缘层一绝缘层 3-绕组绕组 4-屏蔽屏蔽层层第2页，共58页，编辑于2022年，星期六l (b)(c)l 定尺与滑尺绕组定尺与滑尺绕组l(a)定尺绕组定尺绕组 (b)W型滑尺绕组型滑尺绕组 （c）U型滑尺绕组型滑尺绕组第3页，共58页，编辑于2022年，星期六 5.6.1工作原理工作原理利用电磁耦合原理，将位利用电磁耦合原理，将位利用电磁耦合原理，将位利用电磁耦合原理，将位移或转角变成电信号移或转角变成电信号移或转角变成电信号移或转角变成电信号。感应同步器感应同步器工作原
2、理同旋工作原理同旋转变压器的工作原理相同转变压器的工作原理相同，滑尺滑尺的两个激磁绕组通的两个激磁绕组通以以激磁电压激磁电压，滑尺与定尺，滑尺与定尺相对移动时，在相对移动时，在定尺定尺上便上便产生产生感应电压感应电压，感应电压，感应电压随位移的变化而变化。随位移的变化而变化。节距为节距为=2mm返回返回下一页下一页上一页上一页第4页，共58页，编辑于2022年，星期六 感应同步器工作原理图感应同步器工作原理图设当设当滑尺相对定尺移动滑尺相对定尺移动后，后，感感应电压应电压逐渐变小，在错开逐渐变小，在错开1/4节节距距的的b点点时，感应电压为零。再时，感应电压为零。再继续移到继续移到1/2节距节
3、距的的c点点时得到的时得到的电压值与电压值与a点位置相同，但极性点位置相同，但极性相反。随后感应电压在相反。随后感应电压在3/4节距节距位置位置d点点时又变为零，在移动时又变为零，在移动一一个节距个节距到到e点点时，电压幅值与时，电压幅值与a点位置相同。点位置相同。下一页下一页上一页上一页返回返回第5页，共58页，编辑于2022年，星期六结论：结论：结论：结论：在激磁绕组中加一定的高变激磁电压，感应绕组在激磁绕组中加一定的高变激磁电压，感应绕组中就产生相同频率的感应电压，中就产生相同频率的感应电压，其幅值大小随滑尺移动作其幅值大小随滑尺移动作其幅值大小随滑尺移动作其幅值大小随滑尺移动作余弦规律
4、变化余弦规律变化余弦规律变化余弦规律变化；滑尺移动一个节距；滑尺移动一个节距；滑尺移动一个节距；滑尺移动一个节距(2(2)，感应电压变化一，感应电压变化一个周期个周期(22)。定尺和滑尺绕组的节距均为定尺和滑尺绕组的节距均为2=2mm，当两，当两尺尺相对移动相对移动2后，感应电势以余弦或正弦函数变化电气角后，感应电势以余弦或正弦函数变化电气角2;当相对移动距离为当相对移动距离为x时，则对应的感应电压将变时，则对应的感应电压将变化一个相位角化一个相位角，由比例关系，由比例关系/(2)=x/(2)可得可得:=x/第6页，共58页，编辑于2022年，星期六按工作方式不同，感应同步器分为：按工作方式不
5、同，感应同步器分为：相位工作方式（鉴相型系统）相位工作方式（鉴相型系统）幅值工作方式（鉴幅型系统）。幅值工作方式（鉴幅型系统）。相位工作方式：相位工作方式：供给滑尺的激磁信号为供给滑尺的激磁信号为频率、频率、幅值相同，相位角相差幅值相同，相位角相差9090的交流电压。的交流电压。幅值工作方式：幅值工作方式：给滑尺绕组通入给滑尺绕组通入相位相同、相位相同、频率相同，但幅值不同的励磁电压频率相同，但幅值不同的励磁电压。同理，因同理，因余弦绕组余弦绕组与与正弦绕组正弦绕组错开错开1/4个节距，即个节距，即/2的相位角的相位角，由余弦绕组激磁在定尺上产生的感应电压，由余弦绕组激磁在定尺上产生的感应电压
6、应按应按正弦规律变化正弦规律变化。定尺上的总感应电压，是上述两。定尺上的总感应电压，是上述两个感应电压的个感应电压的线性叠加线性叠加。第7页，共58页，编辑于2022年，星期六5.6.2 5.6.2 鉴相型系统工作原理鉴相型系统工作原理l 鉴相型系统中：鉴相型系统中：Us=Usm sint Uc=Ucm cost 滑尺上正余弦激磁线圈在定尺感应电压分别为：滑尺上正余弦激磁线圈在定尺感应电压分别为：正弦绕组：正弦绕组：U2=KUs cos余弦激磁余弦激磁绕组绕组与定尺与定尺绕组绕组在空在空间间相差相差1/4节节距，在定尺上感距，在定尺上感应电压为应电压为：l U2=KUc cos(+/2)=-K
7、 Ucmcost sin 式中：式中：K电磁耦合系数电磁耦合系数 Um最大瞬时电压最大瞬时电压 Um=Usm=Ucm 滑尺滑尺绕组绕组相相对对于定尺于定尺绕组绕组的空的空间间相位角相位角因因因因为：磁路系统可视为线形，定尺上感应的总电压为：为：磁路系统可视为线形，定尺上感应的总电压为：为：磁路系统可视为线形，定尺上感应的总电压为：为：磁路系统可视为线形，定尺上感应的总电压为：U U2 2=U=U2 2+U+U2 2=K U=K Um m sin(sin(tt-)鉴别定尺上感应电压的相位鉴别定尺上感应电压的相位鉴别定尺上感应电压的相位鉴别定尺上感应电压的相位，既可测出定尺与滑尺的相对位移既可测出
8、定尺与滑尺的相对位移x第8页，共58页，编辑于2022年，星期六5.6.3 5.6.3 鉴相测量系统鉴相测量系统 感应同步器工作在相位工作方式时，位移指令值以感应同步器工作在相位工作方式时，位移指令值以相位角相位角给定，相位信号作为基准相位信号，给感应给定，相位信号作为基准相位信号，给感应同步器滑尺两绕组供电，同步器滑尺两绕组供电，定尺感应电压相位反映了工定尺感应电压相位反映了工作台实际位移作台实际位移，基准相位与感应相位差表明实际位置，基准相位与感应相位差表明实际位置与指令位置差距，用其作为伺服驱动的控制信号，控与指令位置差距，用其作为伺服驱动的控制信号，控制执行元件向减小误差方向移动。制执
9、行元件向减小误差方向移动。第9页，共58页，编辑于2022年，星期六鉴相测量系统组成鉴相测量系统组成脉脉冲一相位变换器冲一相位变换器;励磁励磁供电线路；供电线路；测量信号放大器测量信号放大器;鉴相器等鉴相器等。第10页，共58页，编辑于2022年，星期六脉冲一相位变换器脉冲一相位变换器l 基准时钟脉冲发生器基准时钟脉冲发生器产生基准脉冲信号产生基准脉冲信号A，一，一路进入路进入分频器分频器I(基准分频基准分频)，经，经N分频后产生参考分频后产生参考信号方波，与基准信号有确定的相位关系。信号方波，与基准信号有确定的相位关系。另一路经另一路经脉冲加减器脉冲加减器，根据指令正负进行加，根据指令正负进
10、行加减，再进入减，再进入分频器分频器(指令调相分频指令调相分频)，经，经N分频后分频后输出指令方波信号，如果没有指令脉冲输出指令方波信号，如果没有指令脉冲,由于两由于两分频器具有相同的分频系数，接收分频器具有相同的分频系数，接收N脉冲后，会脉冲后，会同时产生方波信号，相位相同。同时产生方波信号，相位相同。第11页，共58页，编辑于2022年，星期六 当加入当加入n个正向指令脉冲时，由于个正向指令脉冲时，由于分频器分频器仍以每仍以每接收接收N个基准时钟脉冲产生一个矩形波；而指令调相个基准时钟脉冲产生一个矩形波；而指令调相分频器分频器在同一对间内对在同一对间内对(N+n)个脉冲分频，因而输个脉冲分
11、频，因而输出出(1+n/N)个矩形波，即后者比前者个矩形波，即后者比前者相位超前相位超前n/N度。度。反之加入反之加入n个反向脉冲，个反向脉冲，分频器分频器输出为输出为(1n/N)矩形波，即后者比前者相位落后矩形波，即后者比前者相位落后n/N度。由此可见分度。由此可见分频器频器输出的矩形波对分频器输出的矩形波对分频器I参考信导相位有变参考信导相位有变化，化，相移数值正比于加入进给脉冲数相移数值正比于加入进给脉冲数n n，而方向取决，而方向取决于进给脉冲符号。于进给脉冲符号。第12页，共58页，编辑于2022年，星期六脉冲加减器脉冲加减器l 脉冲加减法器向基准脉冲中加入或抵消脉冲的作用脉冲加减法
12、器向基准脉冲中加入或抵消脉冲的作用。图中图中A及及 为基准脉冲发生器发出的在相位上错开为基准脉冲发生器发出的在相位上错开180两个同频时钟脉冲，两个同频时钟脉冲，A为主脉冲，通过与非门为主脉冲，通过与非门I输出，输出，为加减脉为加减脉冲同步信号。冲同步信号。当没有指令脉冲当没有指令脉冲(x为零为零)时，与非门时，与非门I开，开，A脉冲通过。脉冲通过。当有指令脉冲当有指令脉冲-x(指令脉冲与指令脉冲与A脉冲同步脉冲同步)时，触发器时，触发器Q1变为变为“1”，接着，接着Q2在在 上升沿变为上升沿变为“1”，封锁门封锁门I，扣除一个，扣除一个A序列序列脉冲。脉冲。若一个若一个+x 指令脉冲，触发器
13、指令脉冲，触发器Q3在在 上升沿变为上升沿变为“1”，接着，接着Q4变为变为“1”，打开门，打开门，使，使A序列脉冲加入一个序列脉冲加入一个 序列脉冲。序列脉冲。第13页，共58页，编辑于2022年，星期六鉴相器鉴相器l 当指令信号当指令信号Q0与反馈信号与反馈信号Q相位相同时相位相同时,鉴相器鉴相器M1为低电平，为低电平，D触发器输出为高电平，触发器输出为高电平，D D触发器输出表明触发器输出表明相位方向。相位方向。指令信号指令信号Q0比反馈信号比反馈信号Q超前时，超前时，M1有脉冲输出，有脉冲输出，脉冲宽度等于超前时间，脉冲宽度等于超前时间，D触发器输出高电平。触发器输出高电平。指令脉冲指
14、令脉冲Q0比反馈脉冲比反馈脉冲Q滞后时，滞后时，M1有脉冲输出，有脉冲输出，D触发器输出低电平。触发器输出低电平。M1输出脉冲宽度为输出脉冲宽度为Q0上升沿比上升沿比Q的上升沿滞后时间。的上升沿滞后时间。l 由于从输出的脉冲宽度反应了由于从输出的脉冲宽度反应了Q0和和Q的相位差，即的相位差，即把把脉冲变化成与脉宽成正比的数字量脉冲变化成与脉宽成正比的数字量。第14页，共58页，编辑于2022年，星期六5.6.4 5.6.4 鉴幅系统工作原理鉴幅系统工作原理l 供给滑尺的正、余弦绕组的激磁信号是频率供给滑尺的正、余弦绕组的激磁信号是频率和相位相同而幅值不同的交流电压，并根据定和相位相同而幅值不同
15、的交流电压，并根据定尺上感应电压的幅值变化来测定滑尺和定尺之尺上感应电压的幅值变化来测定滑尺和定尺之间的相对位移量。间的相对位移量。l 加在滑尺正、余弦绕组上激滋电压幅值的大加在滑尺正、余弦绕组上激滋电压幅值的大小，应分别与要求工作台移动的指令值小，应分别与要求工作台移动的指令值x1(与位与位移相应的电度角移相应的电度角1）成正、余弦关系，即）成正、余弦关系，即l Us=Um sin1 sintl Uc=Um cos1 sint 第15页，共58页，编辑于2022年，星期六l 当正弦绕组单独供电时当正弦绕组单独供电时l Us=Um sin1 sint ,Uc=0l 当滑尺移动时，定尺上感应电压
16、当滑尺移动时，定尺上感应电压U2随滑尺移动的距离随滑尺移动的距离x(相相应的位移角为应的位移角为)而变化。设滑尺正弦绕组与定尺绕组重合时，而变化。设滑尺正弦绕组与定尺绕组重合时，x0(即即0)，若滑尺从，若滑尺从x0开始移动，则在定尺上感应电压开始移动，则在定尺上感应电压 U2=KUm sin1 sint cosl当余弦绕组单独供电时当余弦绕组单独供电时l Us=0，Uc=Um cos1 sint 若滑尺从若滑尺从x0(即即0)开始移动，则在定尺上感应电压为开始移动，则在定尺上感应电压为 U2=KUm cos1 sint sin 当正、余弦绕组同时供电时，根据叠加原理当正、余弦绕组同时供电时，
17、根据叠加原理 U2KUm sin1 sint cosKUm cos1 sint sin KUm sint sin(1）l 即，定尺上感应电压的幅值随指令给定的位移量、即，定尺上感应电压的幅值随指令给定的位移量、x(1)与工作台实际位与工作台实际位移量移量x()的差值的正弦规律变化。的差值的正弦规律变化。l 第16页，共58页，编辑于2022年，星期六5.6.5 5.6.5 使用注意事项使用注意事项 1 1、目前直线感应同步器的精度可达土、目前直线感应同步器的精度可达土0.001mm0.001mm，重复精度，重复精度0.0002mm0.0002mm，灵敏度，灵敏度0.00005mm0.00005
18、mm。直径为。直径为302mm302mm的感应同步器的的感应同步器的精度可达精度可达0.50.5，重复精度，重复精度0.10.1，灵敏，灵敏度度0.050.05。l 2 2、根据测量长度的需要，采用多块、根据测量长度的需要，采用多块定尺接长，相邻定尺间隔也可以调整，定尺接长，相邻定尺间隔也可以调整，使拼接后总长度的精度保持使拼接后总长度的精度保持(或略低于或略低于)单块定尺的精度。尺与尺之间的绕组单块定尺的精度。尺与尺之间的绕组连接如图所示。连接如图所示。第17页，共58页，编辑于2022年，星期六l如图所示，某一数控车床用步进电机作为进给驱动，步进电机的如图所示，某一数控车床用步进电机作为进
19、给驱动，步进电机的步距角步距角s=1.8，丝杠螺距，丝杠螺距t=4mm,编码器与主轴连接方式如图，其中编码器与主轴连接方式如图，其中Z1=80、Z2=40、Z3=40、Z4=20，编码器为，编码器为1500p/r,问加工螺距为问加工螺距为6mm的螺纹时，工作台走一个脉冲当量的螺纹时，工作台走一个脉冲当量p时，对应的编码器的脉冲数时，对应的编码器的脉冲数是多少？是多少？习题习题7 7：第18页，共58页，编辑于2022年，星期六第19页，共58页，编辑于2022年，星期六6.16.1概概述述6.1.16.1.1伺服系统的组成伺服系统的组成组成：组成：伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件
20、。伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件。作用：作用：接受数控系统发出的进给速度和位移指令信号接受数控系统发出的进给速度和位移指令信号由伺服由伺服驱动电路作一定的转换和放大后驱动电路作一定的转换和放大后经伺服驱动装置经伺服驱动装置(直流、直流、交流伺服电机、电液脉冲马达、功率步进电机、电液伺交流伺服电机、电液脉冲马达、功率步进电机、电液伺服阀服阀液压马达等液压马达等)机械传动机构机械传动机构驱动机床的工作台、驱动机床的工作台、主铀头架等执行部件实现工作进给和快速运动。主铀头架等执行部件实现工作进给和快速运动。数控进给伺服系统的性能，数控进给伺服系统的性能，取决于组成它的伺服驱取决于组成
21、它的伺服驱动系统与机械传动机构中动系统与机械传动机构中各环节各环节的特性，也取决于系统的特性，也取决于系统中各环节性能中各环节性能参数的合理匹配参数的合理匹配。数控进给伺服系统是一个位置控制系统。数控进给伺服系统是一个位置控制系统。第20页，共58页，编辑于2022年，星期六6.1.2 6.1.2 数控机床对伺服系统的数控机床对伺服系统的要求要求 准确、可靠地执行指令准确、可靠地执行指令 调速范围宽调速范围宽-1000010000：1 1以上，且稳定性好以上，且稳定性好 带负载能力强带负载能力强-负载特性硬；足够大的加（减）速力矩负载特性硬；足够大的加（减）速力矩 动态响应快动态响应快-快速跟
22、随指令脉冲，可频繁起、停、反向；快速跟随指令脉冲，可频繁起、停、反向；尽快消除负载扰动尽快消除负载扰动 误差无累积误差无累积 位置精度高位置精度高 返回返回下一页下一页上一页上一页第21页，共58页，编辑于2022年，星期六6.2 6.2 步进电动机伺服系统CNC步进电机步进电机 伺服驱动电路伺服驱动电路 工作台工作台 结构简单结构简单特点：适用于速度不高及精度较低场合特点：适用于速度不高及精度较低场合 可采用细分驱动技术提高定位精度及低可采用细分驱动技术提高定位精度及低 速特性速特性第22页，共58页，编辑于2022年，星期六6.2.1步进电机的结构及工作原理步进电机的结构及工作原理l1.1
23、.定义定义l 步进电机亦称脉冲电机（控制电机），是步进电机亦称脉冲电机（控制电机），是把电脉冲信号转换为相应的角位移（或线位把电脉冲信号转换为相应的角位移（或线位移）的电移）的电机械装置，是一种输出与输入的机械装置，是一种输出与输入的数字脉冲对应的增量驱动元件。数字脉冲对应的增量驱动元件。第23页，共58页，编辑于2022年，星期六l l2.2.分类分类 l 永磁式永磁式l按工作原理分按工作原理分 反应式反应式 工作原理不同，结构不同工作原理不同，结构不同l 永磁感应式永磁感应式 l 混合式混合式l按励磁相数分：按励磁相数分：3 3相、相、4 4相、相、5 5相、相、6 6相等相等l l 快速
24、步进电机快速步进电机l按功率分：按功率分：l 功率步进电机功率步进电机第24页，共58页，编辑于2022年，星期六3.3.反应式反应式步进电机的结构步进电机的结构 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,CCA、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25页，共58页，编辑于2022年，星期六 定子上线圈的绕法定子上线圈的绕法下一页下一页上一页上一页返回返回第26页，共58页，编辑于2022年，星期六
25、2)转子转子 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步为例来说明步进电机的原理进电机的原理下一页下一页上一页上一页返回返回第27页，共58页，编辑于2022年，星期六4.4.4.4.步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图步进电机的实物图 第28页，共58页，编辑于2022年，星期六第29页，共58页，编辑于2022年，星期六第30页，共58页，编辑于2022年，星期六第31页，共58页，编辑于2022年，星期六第32页，共58页，编辑于2022年，星期六第33页
26、，共58页，编辑于2022年，星期六第34页，共58页，编辑于2022年，星期六第35页，共58页，编辑于2022年，星期六第36页，共58页，编辑于2022年，星期六下一页下一页上一页上一页步进电机步进电机返回返回第37页，共58页，编辑于2022年，星期六步进电机功率驱动器步进电机功率驱动器下一页下一页上一页上一页返回返回第38页，共58页，编辑于2022年，星期六下一页下一页上一页上一页步进电机功率驱动器步进电机功率驱动器返回返回第39页，共58页，编辑于2022年，星期六5.5.工作原理工作原理如果如果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
27、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40页，共58页，编辑于2022年，星期六 三拍三拍通电激磁，步距角通电激磁，步距角=3=3o o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。六拍六拍通电激磁，步距角通电激磁，步距角=1.5o下一页
28、下一页上一页上一页返回返回第41页，共58页，编辑于2022年，星期六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下一页下一页上一页上一页第42页，共58页，编辑于2022年，星期六6.6
29、.步进电机的主要特征步进电机的主要特征步进电机的主要特征步进电机的主要特征 a.步距误差不积累，转一圈后，步距误差为0步进电机有两个特点：b.转速与脉冲频率f 成正比1）静态距角特征 定义：静态时（步进电机某相绕组通电时，转子处于不动状态），电磁转矩T与失调角之间的关系，即Tf()当某相绕组通电时有，转子无力矩输出，加一负载力矩TL。第43页，共58页，编辑于2022年，星期六 转子瞬时针转过一个角度，当TTL时平衡。（失调角）经大量的实验，步进电机绕组的矩角特性为正弦曲线。静态距角特性的物理意义：在静态下，转子受TL作用0，但只要时，当TL撤除后，在电磁力矩的作用下，转子必然回到其稳态平衡点
30、0。一般，步进电机各相绕组的距角特性必须大致相同，否则会引起低频振动使精度下降。常采用调整相电流的方法，使距角特性大致相同。第44页，共58页，编辑于2022年，星期六2）启动频率 定义：步进电机在带载状态下，能够不失步 启动的最高频率fst。一般空载启动频率比带载高。一般在fst下的最大转矩称为启动转矩Tq，设计中TqTL。在步进电机产品说明书中给定了Tmax，可以通过上表查出Tq，反过来核算其带载的能力。从下图可以看出s减小两绕组距角特性之交点Tq增大。0.8660.8660.9510.8090.7070.7070.8660.5Tq/Tmax1261058463拍数6543相数反应式步进电
31、机启动转矩第45页，共58页，编辑于2022年，星期六第46页，共58页，编辑于2022年，星期六3 3）最高工作频率）最高工作频率）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己于启动频率作频率远大于己于启动频率.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
32、矩频特性矩频特性.4 4）矩频特性）矩频特性第47页，共58页，编辑于2022年，星期六4)4)4)4)步距角（步距角（步距角（步距角（）及步距误差及步距误差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。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
33、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。返回返回下一页下一页上一页上一页第48页，共58页，编辑于2022年，星期六5 5）矩频特性）矩频特性）矩频特性）矩频特性第49页，共58页，编辑于2022年，星期六（2）稳态 即步进电机的换相频率为恒定的情况，即换相频率较宽，是从0fmax之间，在这个频率范围中分为三个区。a.低频区 即低于共振区间，在这个频率范围内，步进电子转子转一步的时间周期比换相周期短。转子每一步表现为衰减振动，最后稳定于平衡位置，转子从0增大到amax启动，然后以衰减振动形成停在新的平衡位置；引起步进电机较大的振动从而影响精度。b.共振
34、区 当换相频率接近转子共振频率或是共振频率整倍数的区域为共振 区。在该区域内产生较大的振动。c.高频 区 即高于共振的频率区间，该区间步进电机工作正常，很少产生 振动。7.7.7.7.步进电机的基本工作状态步进电机的基本工作状态步进电机的基本工作状态步进电机的基本工作状态（1）静态 指步进电机某相（某n相）绕组中通以恒定的电流，转子处于固定的位置而不动的状态。静态时，绕组电流imax,故绕组有发热现象。第50页，共58页，编辑于2022年，星期六（3）过渡态 指步进电机从一种工作状态进入另一种工作状态。如，从静止到转动、从转动到静止、从正传到反转等。这些状态转 的过渡过程为过渡态。a.启动 机
35、频率从0增大到fst,转子转速从0增大到nst,当fst高时，令中止。b.制动 从稳步状态fn减小到0时，转子从nn减小到0，当f高时，产生过冲制动。采用不断降速后制动。c.反转 从正到反，从反到正，当反转频率高时亦生产。第51页，共58页，编辑于2022年，星期六8 8 计计计计 算算算算 式式式式（另一种表达）（另一种表达）（另一种表达）（另一种表达）步距角：例：A B C 为三相三拍，AB BC CA 双三拍A AB B BC C CA 三相六拍或：例：一步进电机，Zr40，若按三相六拍运行，s？若电机输出轴带动导程 6mm的驱动机构，p?解：驱动模型为根据式第52页，共58页，编辑于2
36、022年，星期六6.2.2 6.2.2 步进伺服驱动电路步进伺服驱动电路下一页下一页上一页上一页第53页，共58页，编辑于2022年，星期六 用3个D触发 组成，初始状态从置复位端逆入一个 ,A、B、C状态分别为：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 （1）硬环分（以三相六拍为例）第54页，共58页，编辑于2022年，星期六 C B A 通电状态“1”，断点“0”初始状态 0 0 1 A 第一脉冲 0 1 1 AB实现了三相六拍 第二脉冲 0 1 0 B正转的通电拍序 第三脉冲 1 1 0 BC 第四脉冲 1 0 0 C 第五脉冲 1 0 1 CA 第 六脉冲 0
37、0 1 A第55页，共58页，编辑于2022年，星期六 目前硬环分已形成集成电路，按电路结构结构不同分为TTL.CMOS，同产的YB系列有YB014YB015及YB016均为18引脚直插式封装。例：YB016 AF相：六相绕组输出端（输出低电平0.4V，输出高电平2.4V）。：选通控制输出。控制分配器是否输出一定顺序的脉冲。、：选通入输出控制端，决定步进电机的旋转方向。：正反转控制端，决定步进电机的旋转方向。S：出错报告输出。CP：时钟输出端，决定分配器输出脉冲的频率。：清零，对分配器清零，以使正常工作 A0、A1：励磁控制，确定通电方式。例：A A 0 0 单六拍(A B C D E F )
38、0 1三二相十二拍(ABC BC BCD CD AB FAB FA EFA EF DEF DE CDE)1 0三相六拍(ABC BCD CDE DEF EFA FABT )1 1三四相十二拍(ABC ABCD BCD BCDE CDE CDEF DEF FABC FAB EFAB EFA DEFA )第56页，共58页，编辑于2022年，星期六（2）软还分 上述硬环分的逻辑功能用软件可以模拟实现，按三相六拍的通电顺序，依次向步进电机绕组逆入“0”或“1”两种状态。硬件电路如下：第57页，共58页，编辑于2022年，星期六 设8255n地止为：OFFF8HOFFFEH,依次从PB0PB2 逆入01H 03H 02H 06H 05H 01H,即可实现与硬环分同样的效果。；应还分程序 MOV AL,80H MVO DX,OFFFEH OUT DX,AL ；8255初始 ，A、B、Cn均为输出方式 MOV CL,06 ；L1:MOV SI,3800H ；数据指针 L2:MOV AL,SI ；从数据表中取数 MOV DX,OFFFAH OUT DX,AL ；从Bn逆数 CALL DELAY ；调 延时子程序 INC SI DEC CL JNZ L2 IMP L1DELAY:CALL 20MS ；调用20ms子程序 RET第58页，共58页，编辑于2022年，星期六