数控伺服系统.ppt

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PART ONE
概 述
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。
数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。
该系统包括了大量的电力电子器件，结构复杂，综合性强。
对伺服系统的基本要求
1．精度高:伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程
度。包括定位精度和轮廓加工精度。～，。
2．稳定性好:稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在
短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。直接
影响数控加工的精度和表面粗糙度。
3．快速响应:快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。200毫秒以下，甚至几十毫秒。动态响应的快慢，反映了系统跟踪精度的高低，直接影响轮廓加工精度的高低和加工表面质量的好坏。
4．调速范围宽:调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速
和最低转速之比。0～240m / min。
5．低速大转矩: 进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整个速度
范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转
矩控制，能提供较大转矩。在高速时为恒功率控制，具有足够大
的输出功率。
对伺服电机的要求：
调运范围宽且有良好的稳定性，低速时的速度平稳性好。
电机应具有大的、较长时间的过载能力，以满足低速
大转矩的要求。
反应速度快，电机必须具有较小的转动惯量、较大的
转矩、尽可能小的机电时间常数和很大的加速度
(400rad / s2以上)。
能承受频繁的起动、制动和正反转。
对伺服系统的基本要求
2步进电动机伺服系统
步进电机伺服系统是典型的开环控制系统，在此系统中，步进电机受驱动线路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。进给脉冲的频率代表了驱动速度，脉冲的数量代表了位移量，而运动方向是由步进电机的各相通电顺序来决定，并且保持电机各相通电状态就能使电机自锁。但由于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能的限制。
一、步进驱动的原理：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度
1组成：步进驱动控制装置、步进电机、减速机构。
实例如下图
2各部分的作用：
数控装置：根据控制要求发出指令脉冲，指令脉冲的个数代表移
动距离；脉冲频率代表移动速度。
每发出一个脉冲电机旋转一个特定的角度，即步距角
环形分配：根据指令方向，依次产生步进电机的各相的通电步
骤，分为硬件环分、软件环分两种。
放大电路：放大环形分配的各相指令，产生步进电机的各相的驱
动电流

3三相三拍的原理介绍。

三相是指步进电机有三相定子绕组，三拍是指每三次转换为一个循环
三相步进电机，定子有六个磁极，分为三对，每个磁极上装有控制绕组。一对磁极通电后，对应产生N/S极磁场；转子为带齿的铁心（反应式）或磁钢（混合式）。
当定子三相依次通电时，三对磁极依次产生气隙磁场，吸引转子一步步转动。
三相三拍的通电次序为：A-B-C-A;AB-BC-CA-AB
三相六拍的通电次序为：A-AB-B-BC-C-CA-A
可见三相三拍与三相六拍相比较， 六拍的步距角小，精度高。
动态模拟：

二、步进电机的主要性能指标
1.   步距角和步距误差
步距角和步进电机的相数、通电方式及电机转子齿数的关系如下：
(6-1)
式中 α —步进电机的步距角；
m—电机相数； Z—转子齿数；
K—系数，相邻两次通电相数相同，K＝1；
相邻两次通电相数不同，K＝2。
同一相数的步进电机可有两种步距角，、、、3/。
步距误差是指步进电机运行时，转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。连续走若干步时，上述步距误差的累积值称为步距的累积误差。由于步进电机转过一转后，将重复上一转的稳定位置，即步进电机的步距累积误差将以一转为周期重复出现。步距误差在一转后回复为零。

2. 静态转矩与矩角特性
当步进电机上某相定子绕组通电之后，转子齿将力求与定子齿对齐，使磁路中的磁阻最小，转子处在平衡位置不动（θ＝0）。如果在电机轴上外加一个负载转矩Mz，转子会偏离平衡位置向负载转矩方向转过一个角度θ，角度θ称为失调角。有失调角之后，步进电机就产生一个静态转矩（也称为电磁转矩），这时静态转矩等于负载转矩。静态转矩与失调角θ的关系叫矩角特性，如图6-6所示，近似为正弦曲线。该矩角特性上的静态转矩最大值称为最大静转矩。在静态稳定区内，当外加负载转矩除去时，转子在电磁转矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置（θ＝0）。
ωO
△ω


3.     最大启动转矩
图示为三相单三拍矩角特性曲线，图中的A、B分别是相邻A相和B相的静态矩角特性曲线，它们的交点所对应的转矩是步进电机的最大启动转矩Tq。如果外加负载转矩大于Tq ，电机就不能启动。
B
A
C
T1
Tq
TMB