第五章開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)

第五章開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)第1頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.1概述第2頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三特點(diǎn)：沒(méi)有位置反饋和速度反饋回路；多使用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)；在工作頻率范圍內(nèi)，系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（步距角）；工作臺(tái)的位移量由發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)量決定；工作臺(tái)的移動(dòng)速度由發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率決定；第3頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三受到步距角的限制，并且對(duì)系統(tǒng)誤差只能采用軟件補(bǔ)償?shù)姆椒ń鉀Q，所以精度較低；受到步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率的限制，所以速度較慢。工作臺(tái)的移動(dòng)方向由步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序或電流方向決定；第4頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.2步進(jìn)電機(jī)(StepperMotor)按照工作原理分：反應(yīng)式/變磁阻式永磁式、永磁感應(yīng)子式/混合式按照相數(shù)分：三相、四相、五相等5.2.1反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)又稱(chēng)為可變磁阻式（VariableReluctance）步進(jìn)電機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)為VR步進(jìn)電機(jī)。第5頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.2.1.1工作原理第6頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第7頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三步進(jìn)電機(jī)從一相通電換接到另一相通電，稱(chēng)為一拍，每一拍，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為步距角θ。例子中的步進(jìn)電機(jī)繞阻通電順序?yàn)锳-C-B-A…，則轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，步距角為7.5o；若繞阻通電順序?yàn)锳-B-C-A…，則轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。該種供電方式稱(chēng)為單三拍方式。雙三拍方式：AB-BC-CA-AB…三相六拍方式：A-AB-B-BC-C-CA-A…第8頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.2.1.2性能指標(biāo)步距角θ：步進(jìn)電機(jī)每接收到一個(gè)控制脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。其中Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，為N供電方式的拍數(shù)。步距角決定了系統(tǒng)的分辨率。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角引起的工作臺(tái)移動(dòng)距離稱(chēng)為脈沖當(dāng)量δ。第9頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三其中l(wèi)為絲杠螺距，i為減速齒輪副的傳動(dòng)比。最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mjmax：步進(jìn)電機(jī)在不改變通電狀態(tài)時(shí)（轉(zhuǎn)子處在不動(dòng)狀態(tài)，即靜態(tài)），在電機(jī)軸上外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（失調(diào)角），負(fù)載撤銷(xiāo)后，轉(zhuǎn)子又回到原來(lái)的位置。步進(jìn)電機(jī)所能夠承受的該類(lèi)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的最大值稱(chēng)為最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩反映了步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)的帶載能力。第10頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三空載啟動(dòng)（突跳）頻率fst：空載時(shí)步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行狀態(tài)的最高控制脈沖頻率。最大運(yùn)行頻率fw：步進(jìn)電機(jī)不丟步而正常連續(xù)運(yùn)行的最高控制脈沖頻率。最大運(yùn)行頻率決定了系統(tǒng)的最大速度。工作臺(tái)移動(dòng)速度：第11頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.2.1.3步進(jìn)電機(jī)的選型分辨率脈沖當(dāng)量步距角最大速度最大運(yùn)行頻率最大加速度空載啟動(dòng)（突跳）頻率額定轉(zhuǎn)距最大靜轉(zhuǎn)矩

（5~10倍額定轉(zhuǎn)矩）第12頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.2.1.4反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)步距角小，運(yùn)行頻率高，控制方便；勵(lì)磁電流大，要求驅(qū)動(dòng)電源的功率大，從而效率較低；電機(jī)的內(nèi)部阻尼小，單步運(yùn)行振蕩時(shí)間長(zhǎng)；斷電后無(wú)定位轉(zhuǎn)矩。第13頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.2.2永磁式步進(jìn)電機(jī)永磁式（PermanentMagnet）步進(jìn)電機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)為PM步進(jìn)電機(jī)，其定子或轉(zhuǎn)子的某一方為永久磁鋼。其典型的特點(diǎn)為：步距角大；要求驅(qū)動(dòng)電源的功率小，從而效率較高；電機(jī)的內(nèi)部阻尼大，單步運(yùn)行振蕩時(shí)間短；斷電后有定位轉(zhuǎn)矩。第14頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.3步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖分配方法硬件方法通用硬件電路專(zhuān)用硬件電路軟件方法移位寄存器法查表法第15頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.3.1硬件脈沖分配方法通用硬件電路采用硬件方法進(jìn)行脈沖分配，控制軟件一側(cè)只需要輸出一路脈沖信號(hào)和一路方向控制信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)繞阻的供電時(shí)序由硬件電路生成。例如三相六拍第16頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三ABC100110010011001101正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)X——方向，1—正轉(zhuǎn)，0—反轉(zhuǎn)第17頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三由以上真值表，可得邏輯表達(dá)式為使用通用IC即可以設(shè)計(jì)出如上脈沖分配電路。第18頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三專(zhuān)用硬件電路例如CH250、LCB052等。第19頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.3.2軟件脈沖分配方法最常用的軟件脈沖分配方法有移位寄存器法和查表法。移位寄存器法100000000CFD7……D0CBA第20頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三正向：…

MOVCL,3

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NOTAL

…負(fù)向：…

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NOTAL

…第21頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三查表法000001010000010000000110000000100000001100000001CBA指針第22頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.4步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源5.4.1單電壓特點(diǎn)：線(xiàn)路簡(jiǎn)單，但是電流上升不夠快，高頻時(shí)帶負(fù)載的能力低。第23頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.4.2高低電壓