2.2步进伺服系统的调试.pps.ppt

学习情境二： 电气系统调试与运行;目标：;一、开环驱动系统的组成;图2.2步进电动机开环进给伺服系统结构图 ; 图2.2中，数控装置发出指令脉冲通过环形分配器和功率放大器驱动步进电动机， 每发出一个指令脉冲， 步进电动机就转过一个角度。 步进电动机通过齿轮箱、 滚珠丝杠驱动工作台运动， 其运动的位移量与指令脉冲数成正比， 运动速度与脉冲的频率成正比。 ;二、步进电动机的工作原理和主要特性 （一） 步进电动机的工作原理 图2.2所示为反应式步进电动机的工作原理示意图。其定子、转子是用硅钢片等软磁材料制成的，定子上有A、B、C三对磁极，分别绕有A、B、C三相绕组。三对磁极在空间上相互错开120°。 ;图 2.2反应式步进电动机工作原理 ;几个概念： （1）相数：步进电动机定子励磁绕组的总对数。 （2）拍：步进电动机定子绕组从一种通电状态换接到另一种通电状态称作为一拍。 （3）步距角：每拍转子转过的角度。 ; 步进电动机的通电方式有以下三种： （1） 单拍。 在各相轮流通电的过程中， 每拍只有一相通电， 称为单拍。 （2） 双拍。 采用双相轮流通电方式， 即每拍都有两相通电， 称为双拍。 如三相步进电动机的通电顺序为AB→BC→CA→AB， 则构成三相双三拍工作制。 （3） 单双拍， 即单双相轮流通电。 如对三相步进电动机来说， 单双拍工作时的通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A， 一个循环为6拍， 称为三相六拍工作制。 ; 步进电动机的步距角越小， 位置精度越高。 对于定子相数为m， 转子齿数为Z的步进电动机， 其步距角为 ; 由此可知， 定子磁极对数和转子齿数越多， 步距角就越小。 如图 所示， 定子为三相， 转子有40个齿， 则三相三拍工作时 ;图 三相反应式步进电动机 ;其中n——电动机的转速（r/min）；f——电脉冲频率 可以得出：步进电动机的角位移的大小与与指令脉冲数成正比； 转速与脉冲的频率成正比；转动方向取决于定子绕组的通电顺序。 ;（二） 步进电动机的主要特性 （1） 步距角α。 （2） 步距误差Δα：步进电动机运行时理论的步距角 与转子每一步实际的步距角 之差。它直接影响执行部件的定位精度。 （3） 静态转矩和距角特性。 （4） 矩频特性。 （5） 运行特性。 ;（二） 步进电动机的主要特性 （3） 静态转矩M和距角特性(M-θz)：;;图 步进电动机的矩频特性; 概括起来， 步进电动机具有如下优点： （1） 转子的角位移量和转速严格受脉冲的数量和频率控制， 有脉冲就走， 无脉冲则停， 旋转方向由通电顺序决定。 （2） 体积小， 重量轻， 价格低。 （3） 驱动简单， 工作可靠， 误差不长期积累。 （4） 精度高， 惯性小， 容易调试。 ;步进电动机的主要缺点是： 使用不当时， 会引起 “失步”或“过冲”； 运转时有振动和噪音； 额定转速较低， 最高频率一般不超过1 kHz。 ;三、 步进电动机的选用 （1）保证步进电动机的输出转矩大于负载所需转矩； （2）步进电动机的步距角与机械系统相匹配，以得到机床所需的脉冲当量；;三 、步进电动机的选用 （3）应使被选电动机能与机械系统的负载惯量及机床要求的起动频率相匹配，并有一定余量；;其中：J—电动机转子的转动惯量（N●m●s2）； M—起动频率下，由矩频特性曲线确定的力矩（ N●m ）； fstm－机床所要求的起动频率（Hz）； fst－电动机起动频率（Hz） ； G—工件和工作台总重量。;当机床参数不易确定时，也可按下式近似选取： fstm＝0.5fst （4）最高工作频率能满足机床运动部件快速移动的要求。 V＝60δf ;;四、步进电动机的驱动及控制 步进电动机的运行性能不仅与步进电动机本身和负载有关， 而且与配套的驱动装置有十分密切的关系。 步进电动机驱动装置由环形脉冲分配器、 功率放大驱动电路两大部分组成， 如图所示。 ;图 步进电动机控制电路 ;1. 步进电动机的驱动电路 一般要求步进电动机的驱动电路应能够提供足够幅值、 前后沿较陡的励磁电流， 而且功耗小， 效率高， 运行稳定、 可靠， 易于维护。 常见的步进电动机驱动电路有如下几种形式。 ①单电源串电阻型驱动电路； ②高低电压双