机电一体化第六章伺服驱动控制系统设计

《机电一体化第六章伺服驱动控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六章伺服驱动控制系统设计第一节伺服驱动控制系统设计分析第二节步进电动机控制系统设计第三节直流电动机调速控制系统设计第四节交流电动机伺服驱动控制系统设计第一节伺服驱动控制系统设计分析一、伺服驱动控制系统分类及特点1.伺服驱动控制系统分类：(1)按照动力源的类型分类：①液压伺服驱动控制系统；②气压伺服驱动控制系统；③电机伺服驱动控制系统。(2)按照控制信号分类：①标准信号控制系统；②检测信号控制系统；③计算机输出信号控制系统。(3)按照控制方法分类：①模拟电路控制系统；②计算机程序控制系统。2.伺服驱动控制系统特点(1)液压驱动系统的特点①功率大。②驱动系统

2、体积小。③控制性能好。④维护修理方便。⑤成本较高。⑥适用范围广。下一页(2)气压驱动控制系统特点：①成本低。②清洁、安全。③输出功率和力比较小。④体积较大。⑤控制稳定性能差。⑥结构简单，维护修理方便。⑦适用范围较广。(3)电机驱动控制系统的特点：它的最大特点是电源的获得方便，体积小，不需中间变速机构，简化了机械传动系统，使用与维护都很方便。电机驱动系统比较常用的是步进电动机、直流伺服电机、交流伺服电机、力矩电机等。①直流伺服电机和交流伺服电机驱动的特点：A.输出功率较大B.体积较大，质量重C.电机及电源的投资花费少，使用成本低。D.从结构和控制方式上来看，直流伺服电机的结构较为

3、复杂，加之有电刷，需要干净无粉尘、无易燃品的环境，还需要直流电源。E.相对步进电机驱动来说，直流伺服和交流伺服驱动的功率大，输出力矩大，速度快（转速高），控制精度高，价格高。上一页下一页②步进电动机驱动的特点：A.步进电机的功率小，输出力矩较小，适用于中、小型机电一体化系统。B.无论从电机还是驱动电源，体积都比较小，控制系统可以不需反馈元件，因而驱动装置整体体积小。C.步进电机的控制性能好，可精确地控制转子的转角和转速，有良好的缓冲定位能力。步进电机本身就是一种脉冲式数字控制的装置，极易与计算机连接，构成智能化控制系统。D.控制系统比较简单，特别是在微机控制的情况下，硬

4、件电路更加简单。步进电机既是驱动元件，又是脉冲角位移变换元件。不需反馈元件，因而控制方法比较简单。E.当控制脉冲数很小，细分数较大时，运行速度达到每转30分钟。F.体积小、自定位和价格低是步进电动机驱动控制的三大优势。G.步进电机控制系统抗干扰性好上一页下一页二、伺服驱动控制系统设计的基本要求1.高精度控制2.快速响应好、无超调3.调速范围宽、低速稳定性好4.快速的应变能力和过载能力强5.无感应干扰6.结构与质量要小三、伺服驱动控制系统设计的基本原则1.配套性原则2.可靠性原则3.系统安全性原则4.适应性原则5.结构尺寸及质量满足总体技术要求原则上一页返

5、回第二节步进电动机控制系统设计步进电动机是由电脉冲控制的特种电动机。对应于每一个电脉冲，电动机将产生一个恒定量的步进运动，即产生一个恒定量的角位移或线位移。电动机运动步数由脉冲数来决定，运动方向由脉冲相序来决定，在一定时间内转过的角度或平移的距离由脉冲数决定，借助于步进电动机可以实现数字信号的变换。它是自动控制系统以及数字控制系统中广泛应用的执行元件。步进电动机控制系统的组成如图6-1所示。下一页图6-1步进电动机系统简图一、步进电动机的类型和工作原理1.反应式步进电动机(1)反应式步进电动机的工作原理。工作过程如下：①步进电动机的工作过程从A相通电开始，这时转子的两极被

6、定子A相的两极所吸引，与之对准，磁通路径用断续线表示。②A相断电，改为B相绕组通电，由于凸极效应，则转子的两极被定子B相两极所吸引，顺时针转过一个步距角60°，如图6-2所示。③B相断电，C相通电，转子又顺时针转过一个步距角60°，使转子与定子C相两极对准，如图6-2所示。④再使A相绕组通电，C相绕组断电，转子又顺时针转过60°，与A相对准。图6-3所示为一台m=4、zr=10的步进电动机。上一页下一页返回图6-2三相六拍控制方式中的AB相通电示意图图6-3反应式步进电机示意图(2)反应式步进电动机的基本特性：①步矩角特性。②单步运行和起动转矩。设负载转矩为T2，则当A相

7、通电时，静态工作点为A，见图6-4对应转子位置为α1。图中画出的Tmax（A）和Tmax（B）分别为A相和B相通电时产生的矩角特性，由于二相定子在空间上（相对于转子）有一个步距角之差，故二特性曲线Tmax(α)也平移了αp角。当α1位置A相切断、B相接通时，电动机将跃至与B相对应的矩角特性上工作。由于电动机的电磁转矩大于负载转矩（其差见图上阴影部分），转子将运动至B点，此时电动机步进了一个步距角αp=α２-α１，如图6-5所示。表达了角位移超调和振荡现象，在步进电动机中采