精密仪器设计 王智宏14第六章2.ppt

步进电机 （6）额定电流/电压 讨论一 1、直线式步进电机原理/磁悬浮列车的运行原理 2、磁悬浮列车运行状态控制： 位移、速度、方向、定位 3、磁悬浮列车运行控制系统设计 原理、系统框图 讨论二 1、直流/交流伺服电机原理，主要参数 2、直流/交流（伺服）电机运行状态控制： 转角、速度、方向、定位 3、直流/交流电机运行控制系统设计 实验二 精密工作台控制系统设计 2．设备 步进电机指标 3．系统要求 4．实验任务 步进电机运行时，当控制脉冲转换间隔大于电机电磁-机械过渡过程时，步进电机按与控制脉冲频率相应的同步转速连续运行，此时M随f 的升高急剧下降。∴高速时，负载小。 与电机的结构有关，电机的通电方式和驱动电源的特性有关 T1T2:步进运行 常按频率高低分成三个区段进行分析 ①脉冲频率极低的步进运行 输入绕组的控制脉冲间隔时间大于步进电动机的过渡过程时间，即为步进运行状态或单步运行； ②高频脉冲的连续运行 一步尚未走完，下一脉冲接着加上，此时转子不是作步进运动，而是处于连续运行状态； ③介于上述脉冲频率之间的运行。 额定电流 电机不动时每相绕组容许通过的电流定为额定电流。 当电机运转时，每相绕组通的是脉冲电流，电流表指示的读数为脉冲电流平均值，并非为额定电流(此值比额定电流低)。 额定电压 额定电压是指加在驱动电源各相主回路的直流电压。 一般它不等于加在绕组两端的电压。 国家标准规定步进电动机的额定电压应为： 单一电压型电源 6、 12、 27、 48、 60、 80 (V) ； 高低压切换型电源 60/12、 80/12 (V) 。 选择执行元件时应综合考虑负载能力、调速范围、运行精度、可控性、可靠性以及体积、成本等多方面的要求。一般来讲，对于开环系统可考虑采用步进电动机、电液脉冲马达和伺服阀控制的液压缸和液压马达等，应优先选用步进电动机。对于中小型的闭环系统可考虑采用直流伺服电动机、交流伺服电动机，对于负载较大的闭环伺服系统可考虑选用伺服阀控制的液压马达等。 当系统负载不大，精度要求不高时，可考虑开环控制；反之，当系统精度要求较高或负载较大时，开环系统往往满足不了要求，这时要采用闭环或半闭环控制系统。一般情况下，开环系统的稳定性不会有问题，设计时仅考虑满足精度方面的要求即可，并通过合理的结构参数匹配，使系统具有尽可能好的动态响应特性。 传动机构是执行元件与执行机构之间的一个连接装置（机械接口），用来进行运动和力的变换与传递。在伺服系统中，执行元件以输出旋转运动和转矩为主，而执行机构则多为直线运动。 用于将旋转运动转换成直线运动的传动机构有： 齿轮齿条——可获得较大的传动比和较高的传动效率，所能传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，且为消除传动间隙而结构复杂； 丝杠螺母——结构简单、制造容易，应用广泛。 控制系统方案的选择包括微型机、步进电动机控制方式、驱动电路等的选择。常用的微型机有单片机、单板机、工业控制微型机等，其中单片机由于在体积、成本、可靠性和控制指令功能等许多方面的优越性，在伺服系统的控制中得到了广泛的应用。 步进电机运行时，当控制脉冲转换间隔大于电机电磁-机械过渡过程时，步进电机按与控制脉冲频率相应的同步转速连续运行，此时M随f 的升高急剧下降。∴高速时，负载小。 与电机的结构有关，电机的通电方式和驱动电源的特性有关 系统方案确定后，应进行机械系统的设计计算， （3）传动机构方案的选择 在伺服系统中，执行元件以输出旋转运动和转矩为主，而执行机构则多为直线运动。 用于将旋转运动转换成直线运动的传动机构有： 齿轮齿条——可获得较大的传动比和较高的传动效率，所能传递的力也较大，但高精度的齿轮齿条制造困难，且为消除传动间隙而结构复杂； 丝杠螺母——结构简单、制造容易，应用广泛。 （4）执行机构方案的选择 执行机构是伺服系统的被控对象，是实现实际操作的机构。应根据具体操作对象及特点来选择和设计。一般来讲，执行机构中都包含有导向机构，所以执行机构方案的选择主要是导向机构的选择。 （5）控制系统方案的选择 包括微型机、步进电动机控制方式、驱动电路等。 常用的微型机有单片机、单板机、工业控制微型机等。 2、机械系统设计计算 包括：执行元件参数及规格的确定， 系统结构的具体设计， 系统惯量、刚度等参数的计算等。 举例：步距角α的确定 Δx——执行机构的运动精度。 举例：步进电机工作频率 ——执行机构的运行的最高速度。 3、电子系统设计 *确定执行元件与传动系统； *选择与设计信号检测、转换和放大装置，校正补