机电一体化概论教学课件作者赵再军11.ppt

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1、机电一体化概论作者：赵再军责任编辑：石国华出版日期：2008年9月IDPN：308-2008-016课件章数：14第5章机电一体化中的伺服系统设计第一节概述一、伺服系统的基本结构：①控制器：由电子线路或计算机所组成，根据输入信号、反馈信号决定控制方案。②功率放大器：由电力电子器件组成，信号放大，驱动执行机构完成某种操作；③执行机构：由液压或伺服电机组成；④检测装置：测量被控制量实现反馈控制。开环控制系统框图为：闭环控制系统框图为：二、伺服系统的种类和特点1、开环伺服系统：结构简单，技术易掌握，调试维护方便，工作可靠，成本低，但精度低，抗干扰能力差。运用于：精度、速度要求不高，成本

2、要求低的机电一体化系统。2、闭环伺服系统：采用反馈控制原理组成的系统，精度高，调速范围宽，动态性能好，但系统复杂，成本高。运用于：高精度高速度机电一体化系统。三、对伺服系统的基本要求1、稳定性：作用在系统上扰动信号消失后系统能恢复到原来稳定状态下运行或在输入指令信号作用下系统能达到新的稳定运行状态的能力。2、精度及系统误差：精度是指输出量复现输入指令信号，其准确程度由三种误差衡量，即动态、静态、稳态误差。要求精度高动态响应过程结束后，输出量对输入量偏差可能继续存在，此时偏差为稳态误差。静态误差是由于系统组成元件本身误差及干扰信号所引起系统输出量对输入量偏差。影响精度因素传感器的灵

3、敏度精度；伺服放大器的零点漂移、死点误差等；机械结构反向间隙；非线性因素。结论：无论采用多么精密元器件总存在稳态误差，即有差系统。3、快速响应性及调速范围①动态响应过程中输出量跟随输入指令信号变化的迅速程度，由系统上升时间tr来表征，主要取决于系统阻尼比ξ；②动态响应过程结束的迅速程度由调整时间来描述：调速范围：RN=Nmax/Nmin；最大超调量：σ＝ΔCmax/C（∞）×100％第二节步进电机又称脉冲电动机，是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或直线位移数模装置。转矩、效率、精度、高速性相比DC、AC伺服电机差，但低速时转矩大，速度控制简单，外形尺寸小。应用于：打印机、绘图机、

4、复印机，机械、冶金、轻工、计算机、外围设备、仪器仪表、军工产品等。一、种类与结构1、按力矩产生原理分类：①反应式：转子无绕组，由被励磁转子绕组产生反应力矩，实现步进运行。费用低，结构简单，较常用。②励磁式：定子、转子均有励磁绕组，由电磁力矩实现步进运行。励磁功率小，效率高，造价便宜。③混合式：永磁式和可变磁阻式结合。伺服式驱动较小负载；功率式直接驱动大负载。2、步进电机型号×××BF×××：反应式步进电机，前电动机外径，后励磁绕组相数或代号。×××BYG×××：混合式步进电机。×××BY×××：永磁式步进电机。3、步进电机结构1）定子：①定子铁芯：硅钢片叠压而成；②定子绕组：绕置

5、在定子铁芯六个均匀分布的齿上的线圈。2）转子：由铁芯构成，没有绕组，只有均匀分布的n个小齿。二、反应式步进电机工作原理原理：当U相绕组通入直流电流I，由电磁力作用，电动机中产生反应力矩。初始状态：U相通电，其它两相断电，在电磁力作用下，转子两齿与磁极U对齐；然后切断U，V相通电，转子逆时针转过30°，使靠近磁极V相两齿与V相对齐；如改变通电顺序，步进电机将顺时针方向旋转。有关概念一拍：步进电机绕组每一次通断电的操作。每拍中只有一相绕组通电，余断电为单相通电方式。三相步进电机U、V、W三相轮流通电一次共需三拍，称为一个通电循环，相应称为：三相单三拍通电方式。结论：1）步进电机定子绕

6、组通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定角度，即步距角θ；2）改变步进电机定子绕组通电顺序，转子旋转方向随之改变；3）步进电机定子绕组通电状态改变速度越快，其转子旋转速度越快，即通电状态变化频率越高，转子转速越高；4）θ=360°/(zm)，n=60f/(zm)。三、步进电机特点：①输出角与输入脉冲严格成正比，且在时间上同步。步进电机的步距角不受各种干扰因素，如电压的大小、电流的数值、波形等的影响，转子的速度主要取决于脉冲信号的频率，总的位移量则取决于总脉冲数。②步进电机的转向可以通过改变通电顺序来改变。③转子惯量小，启、停时间短。④步进电机具有自锁能力，一旦停止输入

7、脉冲，只要维持绕组通电，电机就可以保持在该固定位置。⑤步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差为“零”，不会长期积累。⑥与计算机接口容易，维修方便，寿命长。步进电机本身就是一个数/模转换器，能够直接接受计算机输出的数字量。⑦能量效率低，存在失步现象。例题一台三相反应式步进电机采用三相六拍分配方式。转子有40齿，脉冲源频率600HZ，要求：写出一个循环通电程序；步进电机步距角θ；步进电机转速n；解答1）脉冲分配方式有二种：U