精密仪器设计王智宏电子课件14第六章节2章节.ppt

步进电机 （6）额定电流/电压 讨论一 1、直线式步进电机原理/磁悬浮列车的运行原理 2、磁悬浮列车运行状态控制： 位移、速度、方向、定位 3、磁悬浮列车运行控制系统设计 原理、系统框图 讨论二 1、直流/交流伺服电机原理，主要参数 2、直流/交流（伺服）电机运行状态控制： 转角、速度、方向、定位 3、直流/交流电机运行控制系统设计 实验二 精密工作台控制系统设计 2．设备 步进电机指标 3．系统要求 4．实验任务 额定电流 电机不动时每相绕组容许通过的电流定为额定电流。 当电机运转时，每相绕组通的是脉冲电流，电流表指示的读数为脉冲电流平均值，并非为额定电流(此值比额定电流低)。 额定电压 额定电压是指加在驱动电源各相主回路的直流电压。 一般它不等于加在绕组两端的电压。 国家标准规定步进电动机的额定电压应为： 单一电压型电源 6、 12、 27、 48、 60、 80 (V) ； 高低压切换型电源 60/12、 80/12 (V) 。 选择执行元件时应综合考虑负载能力、调速范围、运行精度、可控性、可靠性以及体积、成本等多方面的要求。一般来讲，对于开环系统可考虑采用步进电动机、电液脉冲马达和伺服阀控制的液压缸和液压马达等，应优先选用步进电动机。对于中小型的闭环系统可考虑采用直流伺服电动机、交流伺服电动机，对于负载较大的闭环伺服系统可考虑选用伺服阀控制的液压马达等。 当系统负载不大，精度要求不高时，可考虑开环控制；反之，当系统精度要求较高或负载较大时，开环系统往往满足不了要求，这时要采用闭环或半闭环控制系统。一般情况下，开环系统的稳定性不会有问题，设计时仅考虑满足精度方面的要求即可，并通过合理的结构参数匹配，使系统具有尽可能好的动态响应特性。 传动机构是执行元件与执行机构之间的一个连接装置（机械接口），用来进行运动和力的变换与传递。在伺服系统中，执行元件以输出旋转运动和转矩为主，而执行机构则多为直线运动。 用于将旋转运动转换成直线运动的传动机构有： 齿轮齿条——可获得较大的传动比和较高的传动效率，所能传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，且为消除传动间隙而结构复杂； 丝杠螺母——结构简单、制造容易，应用广泛。 控制系统方案的选择包括微型机、步进电动机控制方式、驱动电路等的选择。常用的微型机有单片机、单板机、工业控制微型机等，其中单片机由于在体积、成本、可靠性和控制指令功能等许多方面的优越性，在伺服系统的控制中得到了广泛的应用。 步进电机运行时，当控制脉冲转换间隔大于电机电磁-机械过渡过程时，步进电机按与控制脉冲频率相应的同步转速连续运行，此时M随f 的升高急剧下降。∴高速时，负载小。 与电机的结构有关，电机的通电方式和驱动电源的特性有关 系统方案确定后，应进行机械系统的设计计算， （5）控制系统方案的选择 包括微型机、步进电动机控制方式、驱动电路等。 常用的微型机有单片机、单板机、工业控制微型机等。 2、机械系统设计计算 包括：执行元件参数及规格的确定， 系统结构的具体设计， 系统惯量、刚度等参数的计算等。 举例：步距角α的确定 Δx——执行机构的运动精度。 举例：步进电机工作频率 ——执行机构的运行的最高速度。 3、电子系统设计 *确定执行元件与传动系统； *选择与设计信号检测、转换和放大装置，校正补偿、电源等装置； *解决相邻环节的连接、信号的有效传递、输入与输出的阻抗匹配等， 主要考虑的问题 1. 信号转换接口电路； 2. 放大器； 3. 功率输出级的技术参数； 4. 电源。 思考题 1、什么是伺服系统？按控制轨迹，可分为哪几类？说明精密定位工作台，数字控制绘图仪属于其中哪类？按控制环路，可分为哪几类？ 2、伺服系统的基本结构包括哪几部分功能模块？举例说明。 3、试分析人对手、脚等进行伺服控制的过程，并进一步分析具有触觉、视觉或步行机构的智能机器人的伺服控制原理及过程。 4、伺服系统的基本要求是什么？分析系统的哪些主要参数对其有何种影响？ 5、试从结构、成本、稳定性和精度等方面，分析开环、闭环和半闭环控制的伺服系统的特点及适用场合.(设计相应的系统时，应注意哪些问题？) 6、说明步进电机的工作原理，分析步进式开环伺服系统如何实现对工作台直线运动的位移、速度、方向、定位的控制。 7、某五相步进电动机，通电方式为AB--ABC--BC--BCD--CD……，转子齿数为36，试计算其步距角。 8、说明步进电动机驱动控制线路的组成及功能。 9、采用MCS-51系列单片机控制步进电动机运行速度。已知电动机步距角，最高转速，试选择合适的定时器及工作