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第4章 控制电动机及其选择计算;第4章 控制电动机及其选择计算;第4章 控制电动机及其选择计算;原理：步进电动机与普通电动机一样，也是由定子和转子构成，其中定子又分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成，定子绕组是绕置在定子铁心多个均匀分布的齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。 步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的执行器。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。; 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。;1.三相单三拍;C; 这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。;C;C; 三相反应式步进电动机的一个通电循环周 期如下：A?AB ?B ?BC ?C ? CA，每个循 ??周期分为六拍。每拍转子转过15?（步距角）， 一个通电循环周期(6拍)转子转过90? (齿距角)。;AB通电;C; 从以上对步进电机三种驱动方式的分析可 得步距角计算公式：; 齿距角是9?；定子仍是 6个磁极，但每个磁极表面加工有五个和转子一样的齿。;特点: (1) 来一个脉冲，转一个步距角。 (2) 控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3) 改变脉冲顺序，可改变转动方向。 (4)具有自锁能力，停止时线圈仍保持通电。 (5)转一圈具有累积误差清零功能。 (6)易于直接与微机I/O接口，开环控制；;(1)、反应式步进电机：定子转子均有铁心组成，转子无绕组，步进运行由定子绕组通电历磁产生的反应力矩作用实现。 特点：结构简单，工作可靠，运行频率高，步距角小。 应用：数控设备，机器人。 (2)、永磁式步进电机：转子用永磁铁，靠与定子产生电磁力 特点：控制功率小，效率高，造价低，但步距角大。 应用：记录仪，空调机。 (3)、混合式步进电机：转子有齿，带固定极性。 特点：步距角小，工作频率高，控制功率小。但结构复杂，成本高。;应用：步进电动机的应用非常广泛，如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。;步进电机需要有专用驱动电源控制 步进电机的控制指令是一串方波，不能形成连续磁场 必须依靠环行分配器才能完成一串方波向旋转磁场的转换。;4.1 步进电动机及其控制;功率放大器 功率放大器又称为步进驱动器，其评价指标为： 1、提供足够的幅值，前后沿较好的励磁； 2、本身功耗小，变换 频率高； 3、能长时间稳定，运行可靠； 4、成本低，易于维护；;步进电机选用;4．2 伺服系统控制 ;数控机床的伺服系统主要有两种： 进给伺服系统和主轴伺服系统。 进给伺服系统：是一种高精度的位置跟踪与定位系统。它的性能决定了数控机床的最大进给速度，定位精度等。 主轴伺服系统：是控制机床主轴的旋转运动，随着高速加工技术的发展，对主轴伺服系统的要求也越来越高。; 双闭环控制：内环为外环为位置环 ;4.2.2 数控机床对司服系统的基本要求;4.2.2 数控机床对司服系统的基本要求;4.2.2 数控机床对司服系统的基本要求; 开环控制系统 半闭环控制系统 闭环控制系统 ;开环控制系统框图;半闭环控制系统框图;闭环控制系统框图;4.2.3 司服系统分类;4.1.3 司服系统分类;4.1.3 司服系统分类; 从伺服系统组成元件的性质来看，有电气伺服系统、液压伺服系统和电气—液压伺服系统、电气—气动伺服系统等； 从系统输出量的物理性质来看，有速度或加速度伺服系统和位置伺服系统等； 从系统中所包含的元件特性和信号作用特点来看，有模拟式伺服系统和数字式伺服系统； 从系统结构特点来看，有单回路伺服系统、多回路伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。;例：数控机床伺服系统， 由图可以看出，它与一般的反馈控制系统一样，也是由控制器、被控对象、反馈测量装置等部分组成。 ; 对伺服系统的基本要求有稳定性、精度和快速响应性。 稳定性是指作用在系统上的扰动消失后，系统能够恢复到原来的稳定状态下运行或者在输入指令信号作用下，系统能够达到新的稳定运行状态的能力。 精度是伺服系统的一项重要的性能要求。它是指其输出量复现输入指令信号的精确程度。 快速响应性是衡量伺服系统动态性能的另一项重要指标。快速响应性有两方面含义，一是指动态响应过程中，输出量跟随输入指令信号变化的迅速程度，二是指动态响应过程结束的迅速程度。;5.2 伺服系统的执行元件及控制;4-4、交流伺服电动机;一、交流伺服电机 1、交流伺服电动机原理 交流伺服电动机就