电机运动控制系统教学课件ppt作者洪乃刚第7章课件.ppt

本章小结 位置是机械装置经常需要控制的参数，电气位置伺服系统以电动机为执行元件控制机械的位移。 电气位置伺服系统有位置开环控制和闭环控制两类，位置开环控制一般使用步进电动机，如果脉冲频率过高，驱动转矩不足，步进电动机都可能产生丢步现象，影响位置控制的精度。 位置闭环控制系统通过位置检测可以实现位置的高精度控制，过去位置伺服控制主要用直流电动机，随交流调速技术的发展，交流伺服控制系统应用也越来越多，并且控制都实现了数字化，产品已经成套化，使用很方便。 学习本章主要要掌握伺服控制的原理，可根据位置控制的要求选用或设计位置伺服控制系统。 第7章 位置伺服控制系统 7.1 位置伺服控制系统组成和控制要求 7.2 步进电动机 7.3 位置闭环伺服控制系统 7.4 位置检测 伺服控制系统是一种能够跟随输入指令信号进行控制的系统，也称随动控制系统。位置伺服控制系统用于机械的定位和定向控制，机器人，数控机床，雷达跟踪，舰船操舵都大量使用电机控制的位置伺服系统。 舰船操舵控制示意图 舵手操纵舵轮带动电位器 的动臂转动 发出船舵位置指令， 电位器 将转角转换为电信号 船尾船舵上电位器 检测船舵的实际转角 船舵与转向指令偏差 经放大器、变流器控制电动机并经减速机带动船舵转动，在船舵转角与方向轮转角相同时，舰船按舵手操控的方向前进 7.1 位置伺服控制系统组成和控制要求 7.1.1 位置伺服控制系统的组成 位置伺服系统一般包括位置检测、控制器、执行机构等部分 位置检测方法有光电编码器，光栅，磁尺等 控制器：伺服控制的心脏，采用步进电动机的位置开环控制，控制器是环形脉冲分配器；对闭环控制，控制器可以是PID控制，前馈控制，复合控制以及发展迅速的各种智能控制。 电气位置伺服系统的执行机构：主要包括电力电子变流器，电动机和减速齿轮箱，从电动机区分有直流伺服系统，交流伺服系统，永磁电机伺服系统等。 位置开环控制 位置闭环控制 7.1.2 位置伺服控制的基本要求 电气伺服系统的基本要求是控制精度高，响应快，稳定性好，工作频率宽，负载和抗干扰能力强等，同时还要求体积小、轻便，可靠性高和成本低。开环控制，结构简单，成本低廉，易于维护，但是由于没有位置检测，精度低，抗干扰能力差。闭环控制可以根据位置偏差调节，控制精度较高 直流伺服系统有良好的机械特性和调节特性，机电时间常数小，起动电压低，缺点是有换向器和电刷，造成摩擦转矩比较大，有火花干扰和维护不方便。交流伺服系统结构简单，无电刷，转动惯量较直流电机小，响应快，交流伺服系统又有交流感应式伺服电机和交流永磁式伺服电机， 7.2 步进电动机位置开环伺服控制系统 位置开环伺服系统一般使用步进电动机，步进电动机由脉冲驱动，每个脉冲使电机转过一个角度，带动机械移动一步，机械的转角或线位移正比于脉冲个数。 步进电动机不用位置检测，定位精度取决于步进电动机的步距精度和机械传动精度。步进电动机开环伺服系统结构简单，使用维护方便，可靠性高，制造成本低，在经济型数控机床中广泛应用。 7.2.1 步进电动机原理 (a) (b) (c) 图7.3 步进电动机原理 三相反应式步进电动机，其定子有6个极，每极都装有控制绕组，转子铁芯上有四个均匀分布的齿，齿上没有绕组。 当A相绕组通电时，因为磁通有使磁路磁阻最小的特性，因此拉动转子齿1、3与定子极 对齐 A相绕组断电，B绕组通电时， 转子转过 齿2、4与定子极BB’对齐 B相断电，C相通电时转子 又转过 按 顺序循环通电，电机顺时针旋转 步进电动机每改变一次通电方式（接受一个脉冲），称为一拍，每拍通电转子转过的角度称为步距角 ， 1. 三相单三拍通电方式 按 2. 三相双三拍通电方式 每拍步距角 每拍步距角 3. 三相六拍通电方式 每拍步距角 为了使一相绕组通电时转子在该相牵引下转过一个步距角，对m相步进电动机转子齿数为 2p为步进电动机定子极数；m为相数；K为正整数 步进电动机的步距角 采用单拍或双拍工作方式 采用单、双拍工作方式时 若步进电动机通电频率为 f ，步进电动机的转速 步进电动机有二相、三相、四相、五相、六相，甚至更多相数，相数和齿数越多，步距角越小。在脉冲频率一定时，步进电动机的转速就越低。相数越多步进电机成本越高，驱动脉冲电源越复杂，因此步进电机一