机电一体化系统设计04伺服系统.pptVIP

第三章 伺服系统设计 ;伺服系统的基本要求：;常用的电力电子器件:晶闸管;SCR的控制信号和输出波形;G+，导通 G-，截止 ;电容作用 ;机电一体化系统中较多的采用电气伺服驱动装置，即伺服电机驱动系统。;三种电机驱动的特点：;3.1 步进电动机驱动及其控制;步进电机的种类;2. 步进电动机的工作原理; 单三拍时： A—B—C,—A—B—C… 电压电流波形，转子齿数40; 单双拍（即六拍）时：;五相步进电机; 步距角及步距精度 步进电动机定子绕组通电状态每变一次，转子转过的角度，常用数控机床为0.5~3°，步距角小，加工精度高。 步距精度指理论步距角与实际步距角之差，以分表示。主要是由步进电机齿距制造误差、定子和转子间气隙不均匀、各相电磁转矩不均匀造成的。; 启动频率与惯频特性 ; 运行频率与矩频特性 ; 矩角特性 ;Mjmax为最大静态力矩，曲线A和B的交点Mq是电机运行状态的最大启动力矩。;步进电机控制信号的产生;YB 014; MOV P1,@R0 INC R0 MOV A,R0 CJNE A,#5DH,RE1 MOV R0,55H RE1: RETI //主程序 MOV R0,55H 55H: DB 0EEH,0CCH,0DDH,99H,0BBH,33H,77H,66H;单电压驱动及其改进;图（a）中，Ra为电动机一相绕组内阻，L为其电感，VT是大功率管，Rc是外接电阻，VD是续流管。由于;图（b）在外接电阻Rc上并接一个电容（与加速电容作用相同），改善注入电流脉冲前沿状况。增加注入绕组的平均电流值。（开始电阻相当于被短接）。 图（c）在VD支路加接泄放电阻R，减少时间常数，使脉冲电流的后沿变陡，有利于提高电机的高频性能，但使低频变坏，对转子阻尼变弱，易引起低频共振区运行不平稳。;高低压驱动（用得广泛）;如图，则在t1~t2时间内，VT1、VT2均饱和导通，+80V的电源经VT1、VT2管加到电机绕组L上，使其电流迅速上升，当时间达到t2， VT2截止，电机绕组电流由+12V经VT1维持，此时电机电流下降到额定值，直到t3 ， VT1截止，绕组电流经高压源E1，地，E2，V2放电，下降到零。 优点：功耗小，启动力矩大，工作频率高。 缺点：大功率管数量多，增加驱动电源成本。;③ 恒流斩波驱动电路; 由于步进电机转子本身惯量大，尤其带了负载后，启动频率将会大大下降。为使步进电机能在较高的频率下工作，可对其升降速度进行控制，使脉冲信号能按一定的规律升频和降频。;工作原理：;电路设计成平滑系统，当输入量fa为阶跃值时，输出量fb是缓慢变化的，从而达到自动升降速的目的。 只有当N不为零时，才有输出脉冲。 在进给开始时， fa fb，振荡器频率低，反馈脉冲小于输入脉冲，N增大， fb逐渐增大，经过t时间， fa= fb，N不变，升速结束。进入恒速。到达终点， fa=0 fb ，N减少， 振荡器频率降低，fb 逐渐减少，直到N=0，振荡停止，步进电机停止工作。;常用的升降速规律;运动控制系统;步进电机伺服系统设计步骤;3.2 直流伺服电动机驱动及其控制;控制方式：;因此，有三种调速方法：;直流伺服电动机的特性： 机械特性：电压恒定时，电动机转速随负载转矩变化的关系。 1)当T=0时，n0为理想空载转速。 2)当n=0时，T为启动转矩或堵转转矩。许多工程机械如电铲就工作于堵转转矩;直流伺服系统 用直流伺服电动机作为执行元件的伺服系统。常用的有晶闸管-直流电机调速系统和大功率晶体管脉宽调制(PWM)调速系统。 4.1 晶闸管-直流电机调速系统 1)组成：转速调节器ASR、电流调节器ACR、测速发电机TG、电流互感器TA、晶闸管触发器AT、晶闸管UR及伺服电动机。;直流伺服系统;为消除系统静差并提高系统的快速响应，常采用PI调节器作为转速调节器ASR和电流调节器ACR。PI调节器的特性：;输出电压usc第一部分是比例部分，在输入电压usr加上的瞬间,C1相当于短路，此时只相当于比例调节器，输出电压usc=Kpusr，毫无延迟，调节速度快。第二部分是积分部分，随着C1充电，不断上升，上升快慢取决于τi。正因为这种积累、保持特性，所以能消除静态误差。PI调节器饱和后，将维持输出值恒定，只有超调，也就是输入为负，才能退出饱和。;2)双闭环调速系统的静态特性 (1)系统正常运行时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都为零。;由于ASR不饱和，则ILILm。一般取ILm IN （额定电流）。在两个调节器均不饱和时运行于右图静特性n0-A段：;(2)转速调节器饱和，ASR输出达到限幅值，转速外环开环，转速变化对系统不产生影响，此时只有电流环（内环）起作用。此时