【東南大學】《 數控技術》公開課 P32 - 32. 學時 (32)

我們開始介紹這個速控技術的第32節 具體主要是講第6章速控機牀的伺服系統 對於速控機牀的伺服系統這部分內容的話 我們分開介紹分成第一個節是 速控機牀伺服系統的概述 第二個是靜裏驅動 第三個是主軸驅動 第四個是檢測元件 第五個是位置控制系統 首先我們來介紹一下這個 速控機牀伺服系統概述的內容 對於速控機牀的概述內容的話 分成這樣的幾個部分 第一個是伺服系統它基本的概念 第二個是常用式伺服執行元件 第三個是伺服系統它的一些 控制系統它的這個分類 所以從這三部分內容來介紹 這個它的概述基本的這個概念 基本的概念執行元件 以及它的控制系統它的分類 這三個部分 第一個我們首先看伺服的基本概念 什麼樣是一個伺服的概念 對於伺服系統它的概念的話 第一個我們看看 伺服系統它是以機械位置或角度 作爲控制鏈的自動控制系統 這個伺服系統它具體的作用是幹什麼的 它是這個實際上它是進行這個 機械位置或者角度作爲控制鏈 機械位置顯然是一個位移 而角度就是一個轉動 伺服系統它基本的作用就是 控制這個執行元件 它的這個位移和這個 執行位移和角度的轉動 這樣的兩個這個動作 它以這個機械位置或角度 作爲控制鏈的這個自動控制系統 這是伺服系統它的一個基本的這個工作 對它來說它基本作用就是在於 控制機械位置或者角度 以這個作爲它的這個控制鏈 控制對象 作爲這樣的一個自動控制系統 也就是說這個伺服系統 它肯定是一個自動控制系統 在速控機牀中CNC控制器 經過插拔運算生成的靜底脈衝活 進給位移鏈指令 輸入到伺服系統 由伺服系統經變換和功率放大 轉換爲機牀機械部件的高精度運動 伺服系統它既是 速控機牀控制器與刀具主軸間的信息傳遞環節 又是能量放大與傳遞的環節 它的性能在很大程度上決定了速控機牀的性能 這是對於這個伺服系統來說 它主要有這樣的一些特點 那對於速控機牀的這個CNC系統裏面 CNC控制器它經過插拔運算生成的這個靜底脈衝 那對於CNC系統來說 它通過靜底脈衝 它通過插拔運算來把這個某一個交通指令把它細分爲幾個脈衝 靜底脈衝指令 或者是靜底位移量 這樣的一個指令它輸入到伺服系統 因爲伺服系統它是一個自動控制系統 這個自動控制系統它是需要這個驅動的 這個驅動是什麼驅動 是靜這個插拔運算結果的這個靜底脈衝和靜底位移量指令 把它輸入到伺服系統 然後由伺服系統經過變換和功率放大 它轉換爲機牀機械部件的高精度運動 實際上就是它的這個執行元件的這個運動 伺服系統它既是術控機牀控制器與刀具主軸間的信息傳遞環節 又是能量放大與傳遞的環節 它的性能在很大程度上決定術控機牀的性能 也就是說這個術控系統它是一個自動控制系統 它同時所起的作用 它既是術控機牀控制器與刀具主軸間的信息傳遞環節 它是起到一個信息傳遞的作用 它把這個術控系統 它把這個伺服 它把這個術控機牀控制器 它與刀具主軸間一個信息傳遞 同時它又是能量放大與傳遞的環節 因爲對這個伺服系統來說 在它前面是CNC機牀給它發送的 CNC系統給它發送進給脈衝或者進給位移量指令 而對於後續來說 它是驅動這個機牀工作臺的移動 在這兩者之間 它需要進行這個信息的傳送 信息傳遞 把CNC的信息傳遞給機牀移動部件 同時又把這個進給脈衝 小的這個弱的電量 這個能量把它進放大 把它放大以後來驅動機牀工作臺的移動 所以這個CNC這個術控系統裏面 它的這個伺服系統的作用 它既是一個信息傳遞的環節 又是一個能量放大的環節 術控機牀的最高移動速度 運動精度和定位精度等重要指標 均取決於伺服系統的動靜態性能 這是術控機牀的最高移動速度 運動精度和定位精度等重要指標 它就取決於伺服系統的動靜態性能 這是對於術控機牀的特點 對於這個特點來說 術控機牀最高移動速度 運動精度和定位精度 因爲對於這個伺服系統來說 它最終是驅動機牀工作臺的移動 而這個驅動機牀工作臺的移動的話 這個移動之後形成了 刀具和弓箭之間的相對位移 而這個相對位移 它的精度和速度這樣的一些指標 都是由伺服系統來驅動的 所以對於在術控機牀裏面 這些運動的移動速度 最高移動速度運動精度和定位精度 都取決於伺服系統的動靜態性能 研究與開發高性能的伺服系統 它是現代術控機牀的關鍵技術之一 早期的術控機牀 尤其是大中型術控機牀 常採用電液伺服系統驅動 它常採用電液伺服系統驅動 從80年代起 全電氣伺服系統 它成爲術控機牀的主要驅動器 第二我看伺服系統 它的基本技術要求 對於伺服系統 它的基本技術要求 那麼主要是 第一個是精度高 要求這個伺服系統 它的精度要求是比較高的 因爲只有對伺服系統 本身的精度要求比較高的情況下 纔可能要 使得這個伺服機牀在加工過程中 能夠達到比較高的 叫加工精度 所以這是它的第一個特點 要求這個伺服系統 它的精度要求比較高 它要求伺服系統的精度 而在這裏面 伺服系統的精度 什麼是伺服系統的精度 這個伺服系統的精度 它是指輸出量能 復現輸入量的精確程度 輸出量能復現輸入量的 這個精確程度 在速度控制中 要求高的調速精度 比較強的抗負載擾動能力 其類靜動態精度要求都比較高 這是在速度控制中 要求高的調速精度 比較強的抗負載擾動能力 其類靜動態精度要求都比較高 這樣的一個特點 就是精度高 這個精度高 它怎樣來實現 主要是幾個方面 第一個就是速度控制中 因爲對於伺服系統來說 它既要控制速度 又要控制這個移動的這個精度 所以首先在速度控制中 它要求比較高的調速精度 比較強的抗負載擾動能力 其類靜動態精度要求都比較高 第二個是要求它穩定性好 那麼前面第一個是精度高 這是顯而易見的 要求只有這個伺服系統 本身精度也比較高的情況下 才能夠實現刀具和機場 之間精確的定位 那麼第二個是它的穩定性好 穩定性它是指 系統在給定輸入 或外界干擾作用下 能在短暫的調節過程後 達到新的或者 這個恢復到原來的平衡狀態 這就是它的穩定性 好 那麼這穩定性好的概念 它是指 系統在給定輸入 或外界干擾作用下 能在短時的調節過程後 達到這個新的 或者恢復到原來的平衡狀態 這就是它穩定性好 這些概念的這個描述 那隨伺服系統要求 它有較強的這個抗干擾能力 保證進給速度均勻平穩 這對於這個穩定性好 穩定性它直接影響 速控這個價格的精度和表面粗糙度 這是對於 速控系統它的穩定性好 所以對於伺服系統來說 因爲這 最基本已經有了這兩個要求 一個是要求它精度高 第二就是穩定性好 那麼顯然這都是跟加入過程有關的 加入過程要求 能夠達到比較高的精度 要求是伺服系統的比較高 要求它就比較 這個加入過程 本身要求有比較好的穩定性 那麼要求對伺服系統 也要求穩定性好 這樣的一個要求 第三個是快速響應 快速響應 它是伺服系統動態品質的重要指標 它反映了系統的跟蹤緊度 是它的快速響應 這個快速響應的過程 實際上就是跟蹤的過程 快速響應的過程 實際上就是系統跟蹤的過程 那麼快速響應好 實際上也就是它的跟蹤精度高 所以快速響應 它是伺服系統動態品質的一個重要指標 它反映了系統的跟蹤精度 爲了保證輪廓切削 形狀精度和低的加工表面粗糙度 要求伺服系統跟蹤指令信號的這個響應要快 這是對於快速響應這一點的要求 那麼這一方面 這個一方面要求過渡過程時間要短 一般在200毫秒以內 甚至小於幾十毫秒 這是它的這個要求 要求這個快速響應 另一方面要求超調要小 另一方面要求它這個超調要比較小 所以對這個速控系統來說 除了剛纔前面的這個精度要求比較高 第二是要求穩定性好以外 還要它能夠快速響應 這因爲對速控系統來說 它是一個高速切削加工過程 那這個高速切削加工過程 要求這個在伺服系統 在這個速控系統 速控裝置發出指令以後 要求這個伺服系統能快速跟快速進行跟蹤 從而驅動工作臺的運動 達到這個高速加工的這個目的 所以在這裏面 伺服系統要求它這個快速響應 而這個快速響應 它是伺服系統動態品質的一個重要指標 它反映了系統的這個工鍾精度 爲了保證輪廓切削形狀 精度和G的這個加工表明粗糙度的話 要求伺服系統跟蹤指令信號 這個它的響應要快 這一方面它要求過渡過程時間短 也就是從上一個指令到下一個指令 它的執行這個間隔執行期間 它的這個系統它的過渡時間要短 另一方面它要求超條要小 要求超條 那麼所謂的超條要小 實際上也就是要求它能夠這個除了響應快以外 應該還能夠在這個響應範圍之內 能夠直接進行執行 而不是超過很多這樣的一個情況 超條要小 第四個要求是調速範圍要寬 那麼對於這個速控機場來說 本身要求它能夠實現這個寬調速的範圍的這樣的一個加工過程 這樣的話能夠根據切削要求來採用不同的轉速 不同的加速度 這個時候就要求伺服系統要求能夠比較寬的調速範圍 因爲只有伺服系統具有比較寬的調速範圍的話 才能夠去實現這個速控機場不同速度的情況的這個加工 在這裏面調速範圍Rm 它是指生產機械要求電機能提供的最高轉速N 最大轉速N和最低轉速N 在這裏面這個調速範圍Rm的這個值 它等於最大轉速和最小轉速之間的比值 在這裏面是調速範圍 就是說這個調速範圍我怎麼來規定 調速範圍的規定 它是指Rm等於Nmax和Nmin之間的比值 一個是最大轉速一個是最低轉速 這個調速範圍Rm 它就是最大轉速最低轉速之間的比值 通常的話最大轉速Nmax和最低轉速Nmin 一般是指額定負載時的轉速 對於少數負載很輕的機械 也可以是這個實際負載的轉速 這是通常情況下這個最大轉速和最低轉速 在這裏面一般是指額定負載時的轉速 對於少數負載很輕的機械的話 它也可以是這個實際負載的這樣一個轉速 這是對於最高轉速最低轉速之間的 如何來定義 那麼它是指一般它是指額定負載時的轉速 對於少數的負載很輕的機械的話 也可以是實際負載的轉速 這兩個值的這個取是什麼時候怎麼取的 也就是說調速範圍 我是根據這個最高轉速最低轉速的比值來確定 那麼最高轉速最低轉速又是怎麼來確定 是在這個一般來說是在這個額定負載情況下來確定出來的 在這個競級伺服系統的調速要求的話 在這個數目集團中 競級伺服系統它調速範圍與伺服系統的分辨率是相互有關的 一般的調速範圍要求 在脈衝當量爲0.001毫米的時候 能夠達到0-42米每分 這樣的一個調速範圍 能夠達到這樣的一個調速範圍 能夠達到一般的調速範圍 它要求在脈衝當量爲0.001毫米的時候 達到0-24米每分這樣的一個調速範圍 0-24米每分這樣的一個調速範圍 也就是說最低轉速能達到這個 比如說接近於0 最高轉速能夠達到這個24米每分這樣的一個速度 是在脈衝當量爲0.001毫米的時候所達到的 競級伺服系統它的調速範圍 就是可以分爲這樣的幾種 這講的是競級的情況 那麼在1-24000毫米每分這個範圍內 這樣的一個範圍 這也就是剛纔的這個24米每分這樣的範圍之內 要求速度均勻穩定 無爬行數量小 這是對於這個競級伺服系統它的調速 這個幾個要求 這樣的幾個範圍 第二是在這個1毫米每分以下的時候 具有一定的順時速度 而平均速度很低 第三是在零速的時候 要求電機由電池轉據以維持定位精度 使定位精度滿足系統的要求基礎於伺服鎖定狀態 所以對於這個競級伺服系統 它有這樣的三個要求 一個也就是說在1-24000毫米每分這樣的一個範圍 就是在正常運行的範圍之內 它能夠要求這個速度是比較均勻的穩定的 在這個情況下無爬行 同時要求數量小 這是它的第一個 第二個是在1毫米每分以下 也就是說在比較低的速度情況下 但咱們又停止 那這個時候它具有一定的這個順時速度 而平均速度又是很低 這是它的第二個要求 第三個是在零速的時候 也就是速度接近零的情況下 要求電機由電池轉據以維持定位精度 使得定位精度滿足系統的要求基礎於伺服鎖定狀態 基礎於伺服鎖定狀態 這是在零速的時候 要求這個電機它本身還具有一定的電池轉據 實際上就是把它進行鎖定 從而維持它的這個是維持它的一個一定的這個定位精度 維持它一定的定位精度 這是對於這個進給伺服系統 它的調速要求 就主要在這三個方面 第二是主流調速範圍 剛纔講的是進給調速範圍 現在講的是主流調速範圍 對於主流調速範圍而言 主流主要它考慮這個進給控制 考慮速度控制 它調速系統一般要求一比一百至一千範圍內的這個橫轉矩調速 和一比十以上的橫功率調速 且有足夠大的這個輸出功率 一個是這個橫轉矩調速 一個是橫功率調速 橫轉矩調速要求一比一百至一千 而這個橫功率調速要在一比十以上 這樣的兩種狀態 這是它的兩種 主流調速範圍的兩種要求 那麼一般的它的要求是一比一百至一千 在那個範圍內 它的一個橫轉矩調速 另一個就是一比十以上的橫功率調速 這樣兩個調速範圍 並且要求有足夠大的這個輸出功率 第五個 對於這個速度系統 速度系統對於速度系統 第五個要求 要求是低速大轉矩 所謂的這個低速大轉矩 主要是在於機場加工的這個特點來決定 在低速的時候也進行重切削 因爲要求 所以要求這個速度系統在低速的時候要有大的這個轉矩輸出 這實際上低速大轉矩 這個要求實際上是根據速度機場的切削要求 切削加工的特點來決定的 因爲對於速度機場來說 要求它在低速的時候能夠進行重切削 所以這個時候就要求速度系統在低速時候要有大的這個轉矩輸出 這是第五個 對於速度系統 速度機場對於速度系統 第五個要求就是低速大轉矩 那在這個情況下 進給座標速度控制 它屬於橫轉矩控制 而走軸座標的這個速度控制 在低速時爲橫轉矩控制 在高速時是橫功率控制 所以把它分開 對於進給座標來說 它這個速度控制 它屬於橫轉矩控制 而對於走軸座標的話 它分爲這個 它低速時是橫轉矩 而在這個高速時是橫功率這樣的控制 是走進給 走軸座標控制和進給座標控制 在速度系統控制過程 它是不同的 屬於不同的控制 第三個看電氣速度系統 它的控制結構 前面講的實際上是 機牀這個 機械速度 它的這個控制系統 而在這裏面是電氣速度系統 典型的電氣速度系統框圖 我們可以看一下 從這個控制角度來講 電氣速度系統 一般結構是塞閉環 塞閉環控制 一般是塞閉環控制 由這個電輸電流閉環 速度閉環和位置閉環 三個閉環 電輸電流閉環 速度閉環 位置閉環 實際上也就是說 第一個是電輸電流閉環 是檢測電路的 速度閉環是控制這個 它的位移速度的 位置閉環是控制 它的這個位置的 主要有這樣的機種 主要有這樣的這個機種 在這裏面 我們可以看到 在這個電氣速度系統的 一般結構圖裏面 它包括了給定一個 它是先是給定一個脈衝信號 這個給定的一個脈衝信號 就包括了要求 這個伺服器 到達什麼樣位置 到達多少 多少進度 以什麼樣速度來移動 然後根據這個 控制過程的話 它反饋了一些 把這個給定值 跟這個位置PID 速度PID和電流PID 來進行比較 在這裏面 位置PID 通過這個位置反饋來反饋 速度PID 通過速度反饋來反饋 而這個電流PID 直接由這個 伺服電動機來進行反饋 有這樣的幾個部分 由此而構成 電氣伺服系統 它的一般的結構 它通過這個 實際上就是通過 它的閉環系統 來構成這樣的一個結構 這個是它的這個 電氣伺服系統 三閉環控制系統 它的這個結構 那麼這個三閉環 實際上就 一個是位置PID 一個是速度PID 還有一個是電流PID 這樣的三個PID 爲了滿足三閉環 這個伺服控制反饋信號 要求多種傳感元件 可供選擇 在這裏面電流反饋 一般採用水樣電阻 或集成電路傳感器等 速度反饋 一般採用測速發電機 光電編碼器 旋轉編碼器等等 位置反饋 它採用這個光電編碼器 旋轉編碼器 還有這個光杉等等 在一般的這個電氣伺服產品中 主要包括電流閉環和 這個速度閉環控制 而位置環 則由CNC裝置中的 這個計算機進行控制 所以在這裏面 三閉環控制系統 它要求多種傳感元件 可供選擇 那麼電流反饋 首先是電流反饋 電流反饋 它採用這個取樣電阻 或集成電路傳感器 這樣的幾個部分 是電流反饋 也就是說電流PRD 電流PRD的信息怎麼獲得 電流PRD的信息 它採用這個取樣電阻 或集成電路傳感器 來實現這個電流PRD 而速度反饋的話 它採用這個測速發電機 光電編碼器 旋轉變壓器 來這個實現 對於速度PRD的這個電流的反饋 速度PRD的電流反饋 如何來獲得 是通過這個測速發電機 光電編碼器和旋轉變壓器 還有位置反饋 位置反饋 它採用這個光電編碼器 旋轉變壓器 光柵等等 由這幾個部分 來獲得位置反饋信息 也就是位置PRD 位置PRD 那在一般的電氣伺服材品中 主要包括這個 電流閉環和速度閉環控制 而位置環 則由CNC裝置中的計量機 進行這個控制 從氣墊上來說 電氣伺服系統 它包括執行部件 伺服驅動器 CNC中的位置控制器三個部分 速龍機廠的伺服驅動系統 它主要有兩種 它伺服驅動系統主要有兩種 進給驅動系統和主流驅動系統這兩種 是速龍機廠的伺服驅動系統 兩種伺服驅動系統 包括這個進給驅動系統和主流驅動系統 這兩種 是對速龍機廠的伺服驅動系統而言 從這個氣墊上來講而言 電氣伺服系統 它就包括執行部件 伺服驅動器 CNC中的位置控制器三個部分 速龍機廠的伺服驅動器 它的伺服驅動器 伺服驅動器 它主要就是在 伺服驅動系統主要就是包括 這個進給驅動和主流驅動這兩大部分 那麼在進給驅動系統和主流驅動系統裏面 進給驅動系統 它控制了這個機廠各座標軸的切削進給運動 而主流驅動系統 控制機廠主流的旋轉運動 所以主要是這兩個 進給運動 這個進給運動 進給控制 進給運動控制系統 它主要是控制機廠各座標軸的切削進給運動 而主流驅動系統 它實際上是控制機廠主流的旋轉運動 在這個裏面 機廠各座標軸的切削進給運動 它既可能是執行位移運動 也有可能是旋轉運動 而主流驅動系統 一般來說就是主流的旋轉運動 所以這是兩者的這個本質上的區別 他們的職能是提供切削過程中所需要的轉據和功率 可以任意調節運轉速度和準確的位置控制 這是他們的這個基本的職能 他們的職能一個是這個進給運動 進給運動 進給驅動系統 一個主流驅動系統 他們職能是提供切削過程中所需要的轉據和功率 可以任意調節運轉速度和準確的位置控制 第二個是常用伺服執行元件 常用的伺服執行元件 伺服電動機它是電氣伺服驅動系統的執行元件 這是伺服電動機 那麼對它而言 伺服電動機它具有的要求 它具有的要求 第一個是電動機從最低進給速度到最高進給速度範圍內 都能夠平滑的運轉 這是這些伺服電動機的第一個要求 第二個在這裏面要求轉據波動要小 尤其是在最低速度轉速的時候 比如說0.1轉每分或更低的時候 仍有平穩的速度而無爬行 這是對電動機它的這個第一個要求 它能夠從最低到最高進給速度範圍內都能夠平滑運轉 而不發生爬行 對於這個電氣伺服系統裏面 它對這個電伺服電動機的第二要求是 這個電動機應具有大的較長時間的過載能力 以滿足低速大轉據的要求 在低速轉據比較大的情況下 要求它能夠有比較大的這個較長時間的過載能力 比如說電動機能夠在數分鐘內過載四至六倍而不損壞 這是它的這個對電動機的第二個要求 第三個是爲了滿足快速響應的要求 及這個隨着控制信號的變化 電動機應能夠在較短時間內完成必須的動作 能夠滿足快速響應的要求 要求電動機必須具有較小的轉動腕量和大的獨轉轉據 儘可能小的電動機時間長速和啓動電壓 這是對於這個電機對電動機 它主要是爲了滿足快速響應要求 隨着控制信號的變化 電動機應該能夠在較短時間內完成必須的動作 要求電動機它必須具有較小的轉動腕量和大的獨轉轉據 儘可能小的電動機時間長速和啓動電壓 這是這個滿足快速響應要求 這是它第三個要求 電動機它必須具有4000轉每20毫秒以上的加速度 才能夠保證4000這個弧度 每20毫秒以上的加速度 才能夠保證電動機在0.2秒以內 從靜止啓動到1500轉每分 這樣的一個速度 所以在這裏面要求響應速度快 怎樣快 也就要求它有個比較大的這個較加速度 才能夠使得保證電動機在0.2秒以內 從這個靜止啓動到1500轉每分 這是一個比較大的這個進擊加速度 第四個要求是電動機應該能夠承受頻繁啓動 制動和返轉 常用的伺服執行元件主要有支流伺服電動機 調流伺服電動機 佈景電動機和直接驅動電動機 有這樣的機種 是常用的這個伺服執行元件 所以對於這個伺服系統來說 主要是有這四個要求 對伺服電動機有這四個要求 常用的這樣的 能滿足這些要求的常用的伺服執行元件 主要就包括支流伺服電動機 調流伺服電動機 佈景電動機和直接驅動電機 在這個裏面 我們首先看佈景電機 首先看佈景電機 佈景電機它是一種將脈衝信號變化成腳位移 或者這個線位移的這個電磁裝置 這是對於佈景電機而言 佈景電機它是一個什麼樣的機構 它是一種將脈衝信號轉變 變化成腳位移或線位移的這個電磁裝置 把它稱爲這個電磁裝置 佈景電機它的腳位移 與輸入脈衝各屬成正比 在時間上與輸入脈衝同步 也就是說 它的這個佈景電機轉動的這個轉速 電機切換的頻率 跟輸入脈衝它的這個切換的頻率是同步的 在這裏面 佈景電機它腳位移 與輸入脈衝各屬成正比 輸入一個脈衝 電容機就轉過一定的角度 同時帶動工作臺移動一定的這個距離 所以在這個裏面 佈景電機它腳位移 與輸入這個脈衝的各屬是成正比的 所以在這個時候 只需控制輸入脈衝的這個數量 頻率及電機繞組通電項序 便可獲得所需的轉角 轉速以及轉動方向 這是對於這個佈景電機它的這個控制 只需要控制輸入脈衝的數量 頻率以及電機繞組通電項序 那麼在這裏面 輸入脈衝的數量 實際上就決定了這個電機轉過的轉速 從而決定機艙工作臺移動的距離 頻率決定了這個電機它的轉動速度 也就是這個最後決定機艙工作臺移動的速度 還有這個電機繞組通電項序 電機繞組通電項序決定了這個電機的正轉和反轉 也就決定了這個機艙工作臺的 這個正方向的移動 還是負方向的移動 就這樣就可以獲得了所需的轉角 轉速以及轉動方向 這樣的幾個數據 在繞組電源激勵下 氣息磁場能使轉子保持原有位置 而處於定位狀態 步進電機 按照它的輸出扭矩的大小 可以分爲快速步進電機與功率步進電機 按照它的這個粒磁像素 可分爲三項四項四項五項六項甚至八項 是根據它的粒磁像素 按照它的工作原理 可以分爲反應式步進電動機 VR泳池式這個步進電動機PM 這主要是從工作原理方面來分類 而根據粒磁像素分的話 就分爲三項四項五項六項甚至八項 這樣的一些這個步進電動機 隨着速控機艙的發展 步進電機在速度功率以及效率等方面 都有了很大的提高 可以適應這個速控機艙 它的這個需要 這對步進電機它的這個發展而言 這是一個反應式步進電動機 它的工作的原理圖 在這個裏面 在這個反應式步進電動機 它的工作過程中 介紹的是常用的這個 在它的工作原理 用可以用這個簡圖來講說明 在電機定子上 它在電機定子上 這個繞遊線圈的這個ABC三對磁 分別稱之爲A向B向和C向 在這裏面我們看到 有A向A向B向C向 有三個三項 有ABC三項 在這個ABC三項 裏面我們可以看 A和B和C都是相互對應的 都是相互對應的 那在這個繞了這個 在電機定子上 繞了這個繞組的話 在這個裏面是定子 是定子 那定子跟轉子 這是一個轉子 定子和轉子之間的這個磁場 引起了這個轉子的運動 從而形成這個電動機的這個旋轉 它的具體執行過程 我們可以看一下 轉子是一個帶磁鐵心 它轉子是一個帶磁鐵心 這種步進電機 它稱爲三向步進電機 這個三項實際上就主要就體現在這個定子上面 定子分爲ABC三項 三項繞組 而轉子的話 它是一個帶磁鐵心 如果在線圈中通一直流電 就會產生這個磁場 當ABC三的磁極的線圈 依次輪流通電 那麼就ABC三類磁極就依次產生磁場 吸引轉子的轉動 這種反應式步進電機 它又可以分爲順軸式 又稱爲多段射火軸向間隙式 和垂軸式 又稱爲呆斷射火的靜向間隙式 有這樣的機種 可以通過圖來觀察 這是一個反向軸式 反順軸式 這是一個反順軸式 在這個反順軸式裏面 我們看到這是一個電機 這是通電 是ABCDE 這是各項的通電 這是電子 這裏面有電子和轉子 還有這個線圈的繞組 線圈繞組 這是一個反順軸式 那麼爲了消除和削弱運行中低頻震動 在電機軸上 一般均裝有慣性盤 摩擦片以及胎環組成的阻尼器 有這樣的幾個部分 那麼在這裏面 我們看到這是一個電機 這是一個電子 電子由ABC三項繞組 它是相互對應的 A跟A對應 C是對應的 B是對應的 C A是對應的 是對應的 而在這個電子上面 而在轉子上面有許多磁 在這個ABC三項分別通電的情況下 就是說A項通電 A項通電 形成相應的這個磁場的變化 使得這個轉子轉動 A項 B項 C項交替通電 就形成不同的磁場的吸引力 從而使得這個轉子轉動起來 第二看步進電機的主要特性 步進電機 首先是步進電機 它的通電方式和佈局角 首先是它的通電方式和佈局角 對於步進電機通電方式而言 單向分爲這個 由這個單向輪流通電方式 單向輪流通電方式 在這種通電方式下 工作的步進電機 它每次只有一項通電 穩定性較差容易失誤 因爲想讓我每一次 要麼通A項 要麼通B項 要麼通C項的情況下 到A項通電 B項沒通電的情況下 這個轉子轉過一定角度 在轉過一定角度以後 馬上就是B項通電 那麼這個時候 有可能A項轉過來的過程 有可能超過了 B項通電所要求的 比較合理的角度 這個時候就有可能會成丟步 所以這個是單向輪流通電方式 它的這個缺點 對於一個定製爲M項 轉制由Z個詞的步進電動機 步進電機 一轉所需的步數爲MZ步 每一項通電 它都能夠引起這個Z步的這個轉動 那麼最後有M項的話 總共是MZ步 這是電機一轉所需的這個步數 那這種通電分配方式叫做 M項單M狀態 雙向輪流通電方式 這是對三項步進電機來說 它的通電次序是AB通電 BC通電 CA通電 也就是說每一次通電過程 它都是兩項同時通電 相應兩項同時通電 第一次比如說是AB兩項同時通電 第二次緊接着就是BC兩項同時通電 最後就是CA兩項同時通電 緊接着又返回來又變成AB兩項同時通電 如此不斷的循環 那由於兩項通電力矩就大些 因爲精度高而不易失步 步進電機每轉步數 也就是MZ步這種通電分配方式 叫M項雙M狀態 稱爲這個M項雙M狀態 單雙向輪流通電方式 這是對三項步進電機來說 它的通電次序主要是 A項通電 然後是AB項同時通電 然後是B項通電 然後是BC項同時 緊接着就是C項和CA項 那麼這個時候步進電機 一轉所需步數爲這個2MZ步 這種通電方分配方式 叫做M項二M狀態 第二我們看佈局角α 對於步進電機 它每步轉過的角度 我們就稱爲佈局角 用α來表示 是每步轉過的角度 它就是稱爲這個佈局角 用α來表示 步進電機的佈局角 可按這個計算公式來計算 α它等於360度除以MZK α等於360度除以MZK 在這裏面 M它表示步進電機的像素 比如說三項步進電機 M就是三 Z它表示步進電機轉織的尺數 它表示步進電機轉織的尺數 有多少個尺 這個K它表示通電方式 這個K表示通電方式的話 相鄰兩次通電的像素一樣的話 K就等於一 相反的話就是二 也就是說 如果比如說我是採用 這個單M的 單M下的這個通電方式的話 這個M下單M狀態的話 那麼它就是 這個每一次它都是轉過 它都是單向通電 所以這個時候 它的這個兩次通電的像素一樣 所以這個時候就可以取K等於一 而在這個M-2M狀態裏面 相鄰兩次通電之間 一次是單向通電 一次是雙向通電 所以它的這個通電的像素 相鄰兩次通電的像素不一樣 所以K就取二 所以這個是指 佈局角α的這個計算公式 第二是速度轉矩 速度轉矩 它是指這個與步進電動機的 這個各種轉速相對應的速度轉矩 如果施加超過速度轉矩的負載扭矩的時候 步進電機就停轉 所以電機的負載扭矩 必須小於輸出扭矩 它必須小於輸出扭矩 第三是最高啓動停止脈衝頻率 步進電動機所能接受的正常正確 啓停的指令脈衝系列的最高頻率 就稱爲最高啓動停止脈衝頻率 它隨加在電機軸上的這個負載灌量 以及負載扭矩的大小而變化 是最高啓動停止脈衝頻率 第四是連續運行的最高工作頻率 步進電動機連續運行時 所能接受的最高控制頻率 叫做最高連續工作頻率 或者稱最高工作頻率 最高工作頻率 它遠大於啓動頻率 這是由於啓動時有較大的慣性扭矩 並需有一定的這個加速時間 同樣在大於啓動頻率的狀態下 工作的電動機 它要停止也需要減速時間 第五是步進運行和低頻正高 主要是當控制脈衝的時間間隔 大於步進電機的這個過渡過程的時候 電機它的這個呃呈步進運行狀態 即進入急速脈衝頻率較低 步進電機在第二步走之前 第一步已經走完 步進電機在運行中存在的震盪 它有一個固有頻率F1 如果輸入脈衝頻率F等於F1的時候 就要產生共振 使步進電機震盪不前 而對於同一電機 在不同負載及不同機場情況下 它共振趨勢不同的 必須要必須必要時候可調節阻尼器 保證工作這個正常進行 這是對於步進電機的一些基本的 基本的這個情況 那麼這一家我們介紹到這裏面 我們下課