伺服子系统选型与设计.PPT

执行元件(Actuator)的种类及其特点 执行元件是可以控制的能量变换元件 伺服系统的技术要求 三、步进电机的驱动与控制 步进电动机的种类 步进电机又称脉冲电动机 把电脉冲信号变换成精确的机械角位移的执行元件 常用的旋转式步进电机按转子结构： 步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍 三、 步进电机的运行特性及性能指标 1、环形脉冲分配器 3、细分驱动 模块2：进给驱动系统 课题1 步进电机进给驱动系统 一、步进电机的驱动 1.单电压驱动 单电源串电阻驱动电路，脉冲分配器输出脉冲到控制信号端后，通过脉冲放大器放大，加到晶体管的基极，使其导通，在稳态时，串联电阻R起限流作用。在换相时，晶体管截止，利用二极管VD的续流作用，防止绕组电感电流不能突变。这种电路适用于小型步进电动机，且性能要求不高的场合。 2.高低压切换驱动电路 这种电路的特点是高压充电，低压维持。步进电机的绕组每次通电时，首先接通高压，以保证电流以较快的速度上升；然后改由低压供电，维持绕组中的电流为额定值。 3.恒流斩波型驱动电路 输入信号为低电平时，V截止，电机绕组中无电流通过。输入信号为高电平时，V导通，绕组中电流迅速上升；上升到预定值时，R反馈通过斩波电路使V截止，绕组中电流迅速下降；下降到预定值以下，R反馈通过斩波电路使V导通，绕组电流又上升。反复进行，形成一个在预定值上下波动的电流波形，近似恒流。功耗小，效率高，运行特性好。 4.分频段（调频）调压驱动电路 由于在低频时，节拍脉冲比较宽，有足够的绕组电流上升时间，只需较小的限流电阻和较低的电源电压，即可达到额定电流；在高频时，节拍脉冲变窄，在限流电阻不变的情况下，需要较高的电源电压，使绕组电流迅速上升，以提高高频时步进电机的负载能力。通常，把输入脉冲的频率分为几个频段，每段工作电压不同，高频段采用较高的电压，低频段采用较低的电压。 5.细分控制驱动电路 在实际应用中，为了进一步提高进给运动的分辨率，在不改变步进电机结构的前提下，要求对步距角进一步细分。为了达到这一目的，可将绕组电流以阶梯波的方式输入，这时，电流分成多少个阶梯，则转子就以同样的步数转过一个步距角。这样将一个步距角细分成若干步的驱动方法称为细分驱动电路。 二、脉冲分配器 1.基本工作原理 脉冲分配器用来控制步进电动机的运行通电方式。将数控装置送来的一串指令脉冲，按照运行通电方式所要求的顺序和分配规律，分配到各相驱动电路输入端，用以控制各相绕组中电流的开通和关断。由于步进电机有正反转要求，所以脉冲分配器的输出既是周期性的，又是可逆的，因此又叫环形脉冲分配器。脉冲分配器有硬件和软件两种实现形式。 2.硬件脉冲分配器 硬件脉冲分配器由逻辑门电路和触发器构成。左图为3相六拍环形脉冲分配器原理图， X=l时，每来一个脉冲则电动机正转一步，分配顺序：A→AB→B→BC→C→CA→A；当X＝0时，每来一个脉冲则电动机反转一步，分配顺序:A→AC→C→CB→B→BA→A。右图为集成芯片实现的硬件环形脉冲分配器 2.软件脉冲分配 为了提高脉冲分配器的灵活性，也可用软件来实现环形脉冲分配；图示为89C5l单片机与步进电机驱动电路的接口图。Pl口的3个引脚经过光电隔离后，将节拍脉冲信号加到驱动电路的输入端，控制3相绕组的通电顺序。一般采用“查表法”编写脉冲分配程序，即按步进电机通电顺序，求出脉冲输出状态宇时的状态表，并将其存入EPROM中，然后根据步进电机的运转方向，按表地址正向或反向地取出该地址中的状态字进行输出，即可控制电机正向或反向旋转。 三、步进电动机的应用 步进电动机的转速不受电压和负载变化的影响，也不受环境条件温度、压力等的限制，仅与脉冲频率成正比，所以应用于高精度的控制系统中。 第四节 步进电动机 可变磁阻型(Variable Reluctance)即VR型 永磁型(Permanent Magnet)即PM型 混合型(Hybrid)即HB型 如果每拍中只有一相绕组通电，称为单相通电方式 如果每拍中都有两相绕组通电，则称双相通电方式 三相步进电机的三相双三拍通电方式 三相步进电机的三相单三拍通电方式 如果各拍中交替出现单、双相通电，称为单双相轮流通电方式 三相步进电机的三相六拍通电方式 1.步进电动机的通电方式 一般情况下： 采用单相通电方式工作时，步进电动机的矩频特性 较差，且在通电换相的过程中，转子状态不稳定，容 易失步，因而实际应用中较少采用 m相步进电动机可采用单相通电、双相通电或单双 相轮流通电方式工作，对应的通电方式分别称为： m相单m拍、m相双m拍 和