机电一体化系统设计第五章选读.ppt

机电一体化系统设计 伺服系统的执行元件 1. 电气执行元件 电气执行元件包括直流(DC)伺服电机、交流（AC） 伺服电机、步进电机以及电磁铁等，是最常用的执行元 件。对伺服电机除了要求运转平稳以外，一般还要求动态 性能好，适合于频繁使用，便于维修等 2．液压式执行元件 液压式执行元件主要包括往复运动油缸、回转油缸、 液压马达等，其中油缸最为常见。在同等输出功率的情况 下，液压元件具有重量轻、快速性好等特点 3．气压式执行元件 气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外，与液 压式执行元件没有区别。气压驱动虽可得到较大的驱动 力、行程和速度，但由于空气粘性差，具有可压缩 性，故不能在定位精度要求较高的场合使用。 （3）门极可关断晶闸管GTO （4）光控晶闸管与温控晶闸管 2.功率晶体管 （3）功率晶体管的应用 3.功率场效应晶体管 3.功率场效应晶体管 4.固态继电器（SSR） 4.固态继电器（SSR） 步进电机是一种把开关激励的变化变换成精确的转子位置增量运动的执行机构，它将电脉冲转化为角位移。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（及步距角）。 步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点,因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。 工作原理 当脉冲通入A相时，磁通企图沿着磁阻最小的路径闭合，在此磁场力的作用下，转子的1、3齿要和A级对齐。当下一个脉冲通入B相时，磁通同样要按磁阻最小的路径闭合，即2、4齿要和B级对齐，则转子就逆时针方向转动一定的角度。 图4.32 伺服电动机接线图 图4.33 合成磁通矢量末端随时间变化的轨迹图 3.交流伺服电动机的运行特性 （l）机械特性 在一定负载转矩下，控制电压越大，则转速也越高；在一定控制电压下，负载转矩加大，转速下降；特性曲线的斜率随控制电压的大小不同而变化，表现为机械特性较软，如图4.34所示。 （2）调节特性 幅值控制的调节特性也不是直线，只当n较低时近似为直线；负载转矩大时，初始起动电压也高，如图4.35所示。 图4.34 UB为常数时……………曲线……图4.35 交流伺服电动机调节特性 第四节 步进伺服系统 图4.36 开环步进伺服系统结构图 a)使用电液脉冲马达 b)使用功率步进电机 在开环步进伺服系统中指令信号是单向流动的，由机床数控装置送来的指令脉冲，经驱动电路、功率步进电机或电液脉冲马达、减速器、丝杠螺母副转换成机床工作台的移动。 1.脉冲分配控制 一、步进电动机的控制与驱动 （1）硬件脉冲分配器 （2）软件脉冲分配器 脉冲分配器按一定的顺序导通和截止使相应的绕组通电或断电。硬件分配器由门电路、触发器等基本逻辑功能元件组成。国产YB系列集成脉冲分配器型号为：YB013（三相）、YB014（四相）、YB015（五相）、YB016（六相），其引脚功能见教材表4.2所示。 图4.37是采用通用微机接口芯片8255和脉冲分配器YB014组成的步进电动机脉冲分配控制电路原理图。图中，A0接电源，A1接地，构成四相八拍控制；当8255的PA0口线输出高电平时，控制步进电动机正转，输出低电平时，控制步进电动机反转；8255的PA1口线输出的脉冲数量决定步进电动机的转角，脉冲频率决定步进电动机的转速。 基本原理：根据步进电动机与计算机的接线情况及通电方式列出脉冲分配控制数据表；运行时按节拍序号查表获得相应的控制数据；在规定时刻通过输出口将数据输出到步进电动机驱动电路。 图4.38是采用单片机8031对数控X-Y工作台的两台四相步进电动机进行控制的接口电路原理图，脉冲分配数据见表4.5所示。 ◆当8031的P1口输出数据EEH时，X向和Y向两个步进电动机的A相绕组都通电； ◆当8031的P1口输出数据ECH时，Y向步进电动机的A相通电，X向步进电动机的A、B两相通电； ◆当按节拍序号顺序循环控制时，步进电动机正转；当按倒序循环控制时，步进电动机反转。 表4.4 励磁（通电）方式控制表 控制 电平 励 磁 方 式 A0 A1 YB013 YB014 YB015 YB016 0 0 A→B→C→A→… A→B→C→D→A→… A→B→C→D→E→A→… A→B→C→D→E→F→A→… 0 1 AB→BC→CA→AB→… AB→BC→CD→DA→AB→… ABC→BCD→CDE→… ABC→BCD→CDE→DEF→… 1 0 A→AB→B→BC→C→… A→AB→B→BC→C→CD→… AB→ABC→BC→BCD→… AB→ABC→BC→BCD→… 1 1 A→AB→B→BC→C→… AB→ABC→BC→