执行元件的分类及控制用电机的驱动PPT格式课件下载.ppt

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过载差；

易受外部噪声影响。

差；

液液压压式式输出功率大，速度快，动输出功率大，速度快，动作平稳，可实现定位伺服；

作平稳，可实现定位伺服；

易与易与CPU相接，响应快相接，响应快设备难于小型化，液压设备难于小型化，液压源或压力油要求严格，源或压力油要求严格，易泄漏且有污染。

易泄漏且有污染。

气气压压式式气源气源方便，成本低，无泄方便，成本低，无泄漏污染，速度快、操作比漏污染，速度快、操作比较简单较简单功率小，体积大，动作功率小，体积大，动作不够平稳；

不易小型化，不够平稳；

不易小型化，远距离传输困难，工作远距离传输困难，工作噪声大，难于伺服噪声大，难于伺服二、机电一体化系统对执行元件的基本要求二、机电一体化系统对执行元件的基本要求2、体积小，重量轻、体积小，重量轻4、易于微机控制、易于微机控制3、便于维修、安装、便于维修、安装1、惯量小、动力大、惯量小、动力大机电一体化系统所用的执行元件主机电一体化系统所用的执行元件主要是要是电气式电气式，其次是液压式和气压式。

，其次是液压式和气压式。

3.2机电一体化系统常用的控制用电机机电一体化系统常用的控制用电机机电一体化系统中的控制用电机：

机电一体化系统中的控制用电机：

是指能提供正确运动或较复杂是指能提供正确运动或较复杂动作的伺服电动机。

动作的伺服电动机。

各种类型控制用电机各种类型控制用电机伺服电机在数控机床上的应用伺服电机在数控机床上的应用主轴电机主轴电机带制动器伺服电机带制动器伺服电机伺服电机伺服电机刀库刀具定位电机刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机机械手旋转定位电机伺服电动机控制方式有：

伺服电动机控制方式有：

l开环控制方式开环控制方式l闭环控制方式闭环控制方式l半闭环控制方式半闭环控制方式开环控制开环控制指指令令输输入入运运算算处处理理电电路路驱驱动动电电路路步进步进电动机电动机滚珠丝杠滚珠丝杠执行机构执行机构半闭环控制半闭环控制指指令令输输入入滚珠丝杠滚珠丝杠执行机构执行机构运运算算处处理理电电路路驱驱动动电电路路伺服伺服电动机电动机速度传感器速度传感器位置检测传感器位置检测传感器（速度反馈）速度反馈）（位置反馈）位置反馈）闭环控制闭环控制指指令令输输入入运运算算处处理理电电路路驱驱动动电电路路伺服伺服电动机电动机速度传感器速度传感器（速度反馈）速度反馈）（位置反馈）位置反馈）光栅光栅一、机电一体化系统对控制用电机的基本要求一、机电一体化系统对控制用电机的基本要求即功率密度和比功率大即功率密度和比功率大1、性能密度大、性能密度大在额定输出功率相同的条件下：

在额定输出功率相同的条件下：

比比功率功率高高低低交流伺服电动机交流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机步进电动机步进电动机对于起停频率低，但要求低速对于起停频率低，但要求低速平稳的产品，其平稳的产品，其功率密度功率密度是主要的是主要的性能指标；

反之，其主要性能指标性能指标；

反之，其主要性能指标是是高比功率高比功率。

2、快速性好、快速性好3、位置控制精度高、调速范围宽、位置控制精度高、调速范围宽、低速运行平稳无爬行现象、分低速运行平稳无爬行现象、分辨率高、振动噪声小；

辨率高、振动噪声小；

4、适应启、停频繁的工作要求；

、适应启、停频繁的工作要求；

5、可靠性高、寿命长、可靠性高、寿命长二、控制用电机的种类二、控制用电机的种类力矩电动机力矩电动机脉冲电动机脉冲电动机变频调速电动机变频调速电动机开关磁阻电动机开关磁阻电动机各种各种AC/DC伺服电动机伺服电动机开环控制开环控制闭环控制闭环控制速度控制速度控制控制用电机按工作原理可分为控制用电机按工作原理可分为旋转磁场型旋转磁场型旋转电枢型旋转电枢型同步电机同步电机步进电机步进电机直流伺服电机直流伺服电机感应电机感应电机交流伺服交流伺服电动机电动机3.3步进电机及其驱动步进电机及其驱动步进电机是将步进电机是将电脉冲信号电脉冲信号转换成转换成机械角位移机械角位移的执行元件。

的执行元件。

一、步进电机的特点与种类一、步进电机的特点与种类1、特点、特点1）步进电机的工作状态不易受各种干）步进电机的工作状态不易受各种干扰因素的影响；

扰因素的影响；

2）步进电机的步距角有误差，但不会）步进电机的步距角有误差，但不会长期累积；

长期累积；

3）控制系统简单）控制系统简单22、步进电机的种类、步进电机的种类

（1）按运动方式分）按运动方式分旋转式步进电机旋转式步进电机直线式步进电机直线式步进电机

（2）按励磁相数）按励磁相数分分l三相步进电机三相步进电机l四相步进电机四相步进电机l五相步进电机五相步进电机l六相步进电机六相步进电机（3）按转子的结构分）按转子的结构分l可变磁阻（可变磁阻（VR）型型l永磁（永磁（PM）型型l混合（混合（HB）型）型可变磁阻型（可变磁阻型（VR）又称为反应式步进电动机；

又称为反应式步进电动机；

三相反应式步进电动机断面图三相反应式步进电动机断面图特点：

特点：

l步矩角步矩角小小l响应速度快响应速度快l结构简单结构简单l效率低效率低l噪声大噪声大永磁（永磁（PM）型型转子采用永久磁铁转子采用永久磁铁定子定子转子转子绕组绕组特点：

l无励磁时具有保持力，可作定位驱无励磁时具有保持力，可作定位驱动；

动；

l励磁功率小、效率高、造价便宜；

励磁功率小、效率高、造价便宜；

l步距角较大；

步距角较大；

混合混合（HB）型）型特点：

l步距角小步距角小l响应频率高响应频率高l励磁功率小励磁功率小l效率高效率高二二、步进电机工作原理步进电机工作原理下面以反应式步进电机为例说明步下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。

进电机的结构和工作原理。

ABCIAIBIC定子定子转子转子由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。

转矩，使转子转动。

现以现以ABCA的通电顺序，使三相绕组的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。

轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。

ABCIAIBIC定子定子转子转子11、三相单三拍、三相单三拍“三相三相”指三相步进电机；

指三相步进电机；

“单单”指每次只能一相绕组通电；

指每次只能一相绕组通电；

“三拍三拍”指通电三次完成一个通电循环。

指通电三次完成一个通电循环。

A相绕组通电，相绕组通电，B、C相相不通电。

气隙产生以不通电。

气隙产生以A-A为为轴线的磁场，而磁力线总是轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：

转子必然转到左图所示位置：

1、3齿与齿与A、A极对齐。

极对齐。

CABBCA3412同理，同理，B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30角，角，2、4齿和齿和B、B磁极轴线对齐；

当磁极轴线对齐；

当C相通电时，转相通电时，转子再转过子再转过30角，角，1、3齿和齿和C、C磁极轴线对磁极轴线对齐。

齐。

CABBCA34121C342CABBA按按ABCA的顺序给的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。

每一拍转过动起来。

每一拍转过30（步距角步距角），每个，每个通电循环周期通电循环周期（3拍拍）磁场在空间旋转了磁场在空间旋转了360而转子转过而转子转过90（一个齿距角一个齿距角）。

2、三相六拍、三相六拍按按AABBBCCCA的顺序给三相绕组轮流通电。

的顺序给三相绕组轮流通电。

这种方式可以获得更精确的控制这种方式可以获得更精确的控制特性。

特性。

A相通电：

相通电：

转子转子1、3齿与齿与A、A对齐。

对齐。

A、B相同时通电：

相同时通电：

A、A磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B磁极拉住磁极拉住2、4齿，齿，转子转过转子转过15，到达左到达左图所示位置。

图所示位置。

CABBCA3412CABBCA3412B相通电：

转子转子2、4齿与齿与B、B对齐对齐,又转过又转过15。

B、C相同时通电：

C、C磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B磁极拉磁极拉住住2、4齿，转子再齿，转子再转过转过15。

CABBCA34123412CABBCA三相反应式步进电动机的一个三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：

通电循环周期如下：

AABBBCCCA，每个循环周期分，每个循环周期分为六拍。

每拍转子转过为六拍。

每拍转子转过15（步距角）（步距角），一个通电循环周期一个通电循环周期（6拍拍）转子转过转子转过90（齿距角齿距角）。

3、三相双三拍三相双三拍按按ABBCCA的顺序给三的顺序给三相绕组轮流通电。

每拍有两相绕相绕组轮流通电。

每拍有两相绕组同时通电组同时通电。

与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电电循环周期也分为三拍。

每拍转子转过循环周期也分为三拍。

每拍转子转过30（步距角步距角），一个通电循环周期一个通电循环周期（3拍拍）转子转过转子转过90（齿距角齿距角）。

AB通电通电CABBCA3412BC通电通电3412CABBCACA通电通电CABBCA3412实际采用的步进电机的步距角多为实际采用的步进电机的步距角多为3度和度和1.5度，步距角越小，机加工的精度越高。

度，步距角越小，机加工的精度越高。

为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子图中转子40个齿，定子仍是个齿，定子仍是6个磁极，但每个磁个磁极，但每个磁极上也有五个齿。

极上也有五个齿。

步距角计算公式：

通电拍数相同时通电拍数相同时k=1；

不同时不同时k=2磁极数越多，转子齿数越多，步距角就越小。

磁极数越多，转子齿数越多，步距角就越小。

五相轴向分相反应式步进电机。

电机的转速取决于绕组与电源接通或电机的转速取决于绕组与电源接通或断开的变化频率断开的变化频率；

慢慢快快电机的转动方向取决于绕组通电的顺序；

电机的转动方向取决于绕组通电的顺序；

A-C-B-AA-B-C-A电机转过的角度取决于通电的次数。

电机转过的角度取决于通电的次数。

三、步进电机的运行特性及性能指标三、步进电机的运行特性及性能指标步距角步距角越小，分辨率越高越小，分辨率越高,系统的定位精度越高；

系统的