第二章微型计算机接口技术.ppt

机电系统检测与控制 Measurement and Control in Mechatronics System 第五章 机电系统驱动及执行机构 本章的学习内容： 5.1 伺服系统的基本技术要求 5.2 步进电动机的结构、原理及特性 5.3 步进电机的驱动 5.4 步进电机的选用 5.5 直流、交流伺服电动机简介 5.6 伺服电动机及其控制器 5.7 液压传动系统和气压传动系统简介 伺服驱动装置 （一）概述 伺服系统是以机械位置或角度作为控制量的自动控制系统，在数控机床中，CNC控制器经过插补运算生成的进给脉冲或进给位移量指令输入到伺服系统，由伺服系统经变换和传递放大转化为机床机械部件的高精度运动。 伺服系统既是数控机床控制器与刀具、主轴间的信息传递环节．又是能量放大与传递的环节，它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。因此．伺服系统一直是现代数控机床的关键技术之一。 * (1) 永磁式直流伺服电动机 永磁式直流伺服电动机系指以永磁材料获得励磁磁场的一类直流电动机。永磁式直流电动机具有体积小、转矩大、转矩和电流成正比、伺服性能好、反应迅速、功率体积比大、功率质量比大、稳定性好等优点。永磁式直流电动机能在较大过载转距下长时间工作。它的转子惯量较大，可以直接与丝杠相连而不需中间传动装置。永磁式直流电动机的缺点是需要电刷，限制了电动机转速的提高，永磁直流电动机的结构同一般直流电动机相似，但电抠铁心长度对直径的比大些．气隙较小，在相同功率的情况下，转子惯量较小。 * (2)小惯量直流电动机 小惯量直流伺服电动机具有较小的转动惯量，很适合于要求有快速响应的伺服系统，但其过载能力低，电枢惯量与机械传动系统匹配较差。 * 济南大学机械工程学院 * （二）伺服系统的基本技术要求 1、精度高 伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。作为数控加工，对定位精度和轮廓加工精度要求都比较高，定位精度一股为0.01-0.001mm，甚至0.1um。 2、稳定性好 稳定性是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。对伺服系统要求有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳。稳定性直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。 * （二）伺服系统的基本技术要求 3、快速响应 快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快。 4、调速范围宽 不仅能满足低速切削进给要求，如5mm/min，还要求满足高速进给要求，如20000 mm/min。 * （三） 伺服驱动系统的发展概况 在50年代，数控机床主要采用液压驱动，称为液压伺服系统，这种系统的优点是刚性好，时间常数小。 60年代初，在日本首次推出了步进电机开环伺服驱动系统，这种系统的优点是结构简单，价格低廉，使用维修方便，所以在数控设备中被广泛采用. 随着生产的发展，对伺服驱动系统的精度、速度等性能指标要求更高，输出功率要求更大，而步进电机开环伺服驱动系统不能满足要求。 70年代，直流电机伺服系统采用闭环或半闭环控制，精度提高一个数量级，调速范围可达1：10000，运行速度提高到15-24m/min。 * （三） 伺服驱动系统的发展概况 直流电机伺服系统的缺点是结构复杂，价格昂贵。 在80年代以后，微机和微电子技术的迅速发展，为交流电机伺服系统的调速控制提供了条件，伺服系统发展的趋势是交流伺服驱动系统逐渐取代了直流伺服驱动系统。据国外资料统计：1975年，直流伺服驱动系统占80%，交流伺服驱动系统占20%；1985年，交流伺服驱动系统占80%，直流伺服驱动系统占20%。 * （四） 数控机床对伺服电动机的要求 为了满足数控机床对伺服系统的要求，对电气伺服驱动系统的执行元件——伺服电动机也必须有较高的要求； ①电动机从最低进给速度到最高进给速度范围内都能平滑地运转；转速波动要小，尤其在最低速度转速时，如0.1r／min或更低转速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 ②电动机应具有大的、较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。例如，电动机能在数分钟内过载4－6倍而不损坏。 * （四） 数控机床对伺服电动机的要求 ③ 为了满足快速响应的要求，即随着控制信号的变化，电动机应能在较短时间内完成必须的动作。快的反应速度直接影响到系统的品质。因此，要求电动机必须具有较小的转动惯量和大的堵转转矩，尽可能小的电动机时间常数和起动