步进及伺服电机.ppt

机电一体化技术
步进及伺服电机
步进电机结构及分类
步进电机的控制
步进电机运行特性
交流伺服电动机
PMSM控制
SPWM基本原理
交流伺服电动机实例
分类
反应式、永磁式、混合式
反应式:利用磁阻最小工作原理,即定子绕组励磁产生的气隙磁场总是力图使转子趋于磁阻最小的位置。转子齿数可以很多,步距角可以做的很小,可以低速、高精度地实现位置控制。反应式步进电机是目前使用最广泛的步进电机形式。
径向反应式步进电机
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步进电机结构及分类
三相三段反应式步进电机
转子极相互对齐,定子错开的角度为极距的1/3。
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步进电机结构及分类
混合式步进电机
永磁体
转子被轴向永磁体分开。转子的一端若为N极,则另一端为S极。
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步进电机结构及分类
裂极式混合步进电机
为了获得更高的角度分辨率,实际的混合步进电机转子的极数通常较多,对应的定子极通常被裂极,另外,转子也可以制成多于两端的结构。
步进及伺服电机
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步进电机结构及分类
步进及伺服电机
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步进电机的控制
调速:改变通电脉冲的频率。
方向:改变定子绕组的通电相序。
三相三拍
A B C
正转
A C B
反转
A
B
C
A
C
A
C
B
A
B
A相
B相
C相
A相
B相
C相
k=1
整步运行方式
步进及伺服电机
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步进电机驱动信号
三相六拍
k=2
半步运行方式
A→AB→B→BC→C→CA
正转
A
AB
B
BC
C
CA
A
CA
AB
A
AC
C
CB
B
BA
A
BA
A→AC→C→CB→B→BA
反转
A相
A相
B相
B相
C相
C相
硬件环形分配
走步脉冲信号CP用来控制步进电机转动的角度,每输入一个走步脉冲,步进电机就转过一个步距角。
方向信号DIR为TTL电平信号,当DIR为高电平时,步进电机正转;反之,为反转。整步/半步信号F/H为TTL电平信号,当F/H为高电平时,步进电机绕组为三相三拍通电方式,反之,为三相六拍通电方式。
环形分配器根据方向信号和走步脉冲信号确定功率放大器的驱动信号,控制相应绕组的导通与关断。环形分配器有专门的集成电路。
步进及伺服电机
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步进电机控制方式
控制器
功率放大器
环形分配器
CP
DIR
F/H
SA
SB
SC
A
B
C
步进电机
驱动器
软件环形分配
用软件实现脉冲分配,取代硬件环形分配器。控制器中的DSP芯片数字PIO口或PWM输出口直接多路输出,分别去控制功率放大电路。
步进及伺服电机
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步进电机控制方式
控制器
功率放大器
SA
SB
SC
A
B
C
步进电机
驱动器
单电源驱动电路及波形(一相)
当功率开关VT导通时,电源电压使绕组电流上升,并保持一定值;当VT关断时,绕组电流经过续流二极管VD快速下降为0。
电路结构简单,低频响应好,但高频时电流小,带负载能力差。一般用于小功率步进电机的驱动。
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步进电机驱动电源
iL