机电一体化第五章 伺服系统设计.ppt

机电一体化系统设计 第五章 伺服系统设计 第五章 伺服系统设计 §5.1概述 5.1.1 概念 伺服系统 — 在控制指令的指挥下,控制驱动元件,使机械系统的运动部件按照指令要求进行运动的系统。 伺服系统有闭环伺服系统与开环伺服系统之分。 闭环伺服系统是一种反馈控制系统，其工作过程是偏差不断产生又不断消除的过程。 举例： 步进电机滚珠丝杠伺服驱动系统（开环位置控制伺服系统）。 机电一体化系统设计 第五章 伺服系统设计 5.1.2 伺服系统的类型及要求 一、类型 1 按被控量分: 有位置、速度、加速度、力、力矩等伺服系统。 2 按控制方式分: 有开环、闭环、半闭环等伺服系统。 3 按驱动元件性质分: 有电动、液压、气动等伺服系统。 二、 基本要求 1、稳定性要求 稳定的系统在受到外界干扰时, 其输出响应的过度过程随时间的增加而衰减; 不稳定的系统其输出响应的过度过程随时间的增加而增加，或表现为等幅振。 稳定性是系统本身的一种特性，取决于系统的结构及参数（如贯性 ′ 刚度 ′ 阻尼 ′ 增益等），与外界作用信号的性质或形式无关。 2、精度要求 伺服系统的精度是指输出量跟输入量的近似程度。 3 、快速响应性要求 快速响应— 输出跟随输入信号的变化程度以及动态响应过程结束的迅速程度。 机电一体化系统设计 第五章 伺服系统设计 §5. 2 伺服系统中的执行器件及其控制 5.2.1 概述 一、执行器件类型： 1 、电气式：步进电机 ′ 直流伺服电机 ′ 交流伺服电机等。 2 、液压式：液压缸′ 液压马达等，控制性能不如伺服电机。 3 、气压式：气缸 ′ 气马达等，较难伺服控制。 二、对执行器件的要求： 惯性小，动力大；体积小，质量轻；好控制，成本低；可靠性好等。 5.2.2 直流伺服电动机及控制 书上只介绍了速度控制（不要求） 机电一体化系统设计 第五章 伺服系统设计 5.2.3 步进电动机及其控制 一、工作原理 如下图所示： 定子上有6个齿，三对磁极，转子上分布有4个齿。 定子上三相绕组（三对磁极）轮流通电，吸引转子一步一步旋转。 每通断电一次，步进电机转过的角度称为步距角，图为30°。 机电一体化系统设计 第五章 伺服系统设计 二、通电方式及步距角计算 （一）通电方式 定子绕组每通断电操作一次称为一拍。 三相单三拍通电方式： A→B→C→ A→ …… 三相双三拍通电方式： AB → BC → CA → AB → …… 三相六拍（单双轮流）通电方式： A → AB → B → BC → C → CA → A → …… 改变各相绕组的通断电顺序可实现逆转。 一般对于m相步进电机有： 1、 m相单m拍通电方式。 2、 m相双m拍通电方式。 3、 m相2倍m拍通电方式。 m相单m拍通电方式为单相通电方式，由于矩频特性差,容易失步,实际较少采用。单双轮流通电方式矩频特性最好。 机电一体化系统设计 第五章 伺服系统设计 （二）步距角计算 θ =360°/(cmz) θ——步距角； z——转子的齿数； m——步进电机的相数； c— 通电方式系数，单拍或双拍通电时取1，单双轮流通电时取2。 机电一体化系统设计 第五章 伺服系统设计 三、步进电机的主要性能指标及特性 1、最大静转矩Tmax 步进电机运行频率为零（转速为零）时的输出转矩。 步进电机运行频率——步进电机绕组每秒钟通断电次数。 步进电机工作时的负载转矩一般取最大静转矩的30 % ～50 %。 2、步距角及其精度（误差） 空载时实测步距角与理论步距角之差. 反应了步进电机的制