微特电机的运动控制的应用

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1、《新型电机及其应用》结业论文微特电机在运动控制系统中的应用班级电气1008班学号U201012011姓名王科丁指导老师杨凯、王双红日期2014.01.06华中科技大学电气与电子工程学院微特电机在运动控制系统中的应用摘要:控制微电机是自动、遥和计算解答技术中的重要元件，在国防与民经济各个领域中都得到广泛的应用。控制微电机在我国是一门较新学科，随着自动技术的迅速发展，有些已经系列化生产。本文根据微特电机在数控机床运动控制的应用来介绍两种运动控制器。对于数控机床来说，运动控制系统就像是它的中枢神经系统，指挥着它的每个动作。对应的控制系统就是数控装置，按照加工要求发出相应指令，运动控制器

2、接收指令，并根据指令像主轴电机和各进给电机发出控制信号，各个电机的驱动器则将控制信号转变成直接驱动电机的电信号。随着数控系统也逐步走向开放化，因此对运动控制器也有更高的要求，比如从硬件上要能实现多个坐标轴的位置、速度伺服控制，从软件上配有功能完备的伺服控制软件，具有完善的运动轨迹插补功能和软件伺服控制功能且能方便地与机床、机器人等设备联接，能迅速地建立高层应用程序与机床或机器人等设备之间的控制以及测试数据交换等等。关键词：微特电机、运动控制、步进电机、伺服电机、运动控制器1引言微特电机，全称微型特种电机，简称微电机，是指直径小于160mm或额定功率小于750W或具有特殊性能、特殊

3、用途的电机。微特电机常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。运动控制(MotionControl)是由电力拖动发展而来的，电力拖动或电气传动是对以电动机为对象的控制系统的通称。随着电力屯子技术、微电子技术的迅猛发展，原有的电气传动控制的概念已经不能充分地概括现代自动化系统中承担第一线任务的全部控制设备。因此，二十世纪八十年代后期，国际上开始出现运动控制系统(MotionControlSystem)这一术语。运动控制通常是指在复杂条件下，将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动。按照使用动力源的

4、不同，运动控制主要可分为以电机作为动力源的电气运动控制、以气体和流体作为动力源的气液控制和以燃料(煤、油等)作为动力源的热机运动控制等。随着微电子技术和电力电子技术以及微计算机控制技术的发展，在这几种运动控制中，电气运动控制具有易实现与计算机接口等明显优点而成为运动控制的主流，大多数中小功率的运动控制系统都是采用电气控制。电气运动控制就是以电机作为动力源，通过对电动机的控制来对执行机构运动的位置、速度、加速度实现精确控制。本文针对电气运动控制在数控机床中应用，着重讨论微特电机控制器基本作用和原理。根据被控制的对象来分，又可以分为步进电机运动控制器和伺服电机运动控制器。过去，总认为

5、伺服控制系统和步进控制系统是两种完全不同的技术，而现在它们的差别已开始缩小。由于控制技术的发展，这两种系统互相模仿，而有逐渐归一的趋势。现代电子技术的发展使得将模拟信号转换成数字信号变得很方便且廉价。过去以模拟控制为主的伺服系统已转向数字化，采用微机控制，这可以看成是伺服电机的步进化。同样，现代的步进电机控制，特别是采用闭环控制后，同样可实现快速精确的位置控制，其控制结构在许多方面与交流伺服电控1制是相通的。在国外，已经出现这样的运动控制器，它既可以用来对步进电机进行开环或闭环控制，也可以用来控制直流或交流伺服电机，实现闭环伺服控制。2设计要求对于数控机床来说，运动控制系统就像是

6、它的中枢神经系统，指挥着它的每个动作。对应的控制系统就是数控装置，按照加工要求发出相应指令，运动控制器接收指令，并根据指令像主轴电机和各进给电机发出控制信号，各个电机的驱动器则将控制信号转变成直接驱动电机的电信号。为了是各个环节控制更精确，满足实际工程应用的诸多要求，这要求从硬件上要能实现多个坐标轴的位置、速度伺服控制，与配有功能完备的伺服控制软件相配合，达到实际应用要求。接收信号经放大器放大后传给微特电机，使微特电机工作，从而构成一个闭环的控制系统，实现自动精确控制。3步进电机运动控制系统3.1步进电机运动控制系统构成如图3-1是典型的步进电机开环控制系统结构框图，主要由步进运

7、动控制器、步迸电机驱动器和步进电机三部分组成。图3-1步进电机控制系统原理结构图3.2步进电机及其工作原理步进电机是将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电执行元件。其角位移或线位移量与输入的脉冲数成比例，速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲的频率)成比例，方向则取决于输入脉冲的顺序。因此，步进电机可以在数字控制系统中作为数字——模拟转换元件，也可以作为驱动电机驱动机械产生一定的位移或速度。步进电机与直流或交流电机相比具有以下一系列优点：1)由于步进电机的位移量与输入的脉冲数