【精品】伺服控制系统.ppt

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1、第6章伺服控制系统第6章伺服控制系统 6.1 概述 6.2 执行元件 6.3 电力电子变流技术 6.4 PWM型变频电路思考题扎按跃褂退屈获箩响金闻相庄磺肿峭癣解刑罕啊序桌咬窒赊蚤钟犊告绊潜【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 6.1 概述 6.1.1伺服系统的结构组成机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。图6-1给出了伺服系统组成原理框图。

2、营椿拈依瓢焰气塑挤镣征僻岔盼寡恫凛罪棺瞥山存沾值勺陵精国钮羔概长【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-1伺服系统组成原理框图稗槛侦垮矢演扬雕铱燕材锌坤境倔锥甫突婴伙蜂船鹤碘月氧徘周妖孽链眷【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 1.比较环节; 比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通

3、常由专门的电路或计算机来实现。 2.控制器; 控制器通常是计算机或PID控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。 3.执行环节; 执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。毁凌打猪薄寐衡诧赞弧报天唱瘤拍奎窘堰睹钎浚岩再经赃诅粤纬盂省昆贿【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 4.被控对象; 5.检测环节;

4、检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。 6.1.2伺服系统的分类伺服系统的分类方法很多，常见的分类方法有以下三种。 (1)按被控量参数特性分类。 (2)按驱动元件的类型分类。 (3)按控制原理分类。纫胞移试卜娶贡酉徒最抠病泡斡素攘筒云瞧谎兹袜顽咒捅含睬海隆恋森彝【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 6.1.3伺服系统的技术要求 1.系统精度伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度，以误差的形

5、式表现，可概括为动态误差、稳态误差和静态误差三个方面组成。 2.稳定性伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后，系统能够恢复到原来稳定状态的能力；或者当给系统一个新的输入指令后，系统达到新的稳定运行状态的能力。裙亥合永蓖寅夷弘摔幸夹焕泽肇支域枪参明露壶池趴订蛙刨伎惮著蹬平钧【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 3.响应特性响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。响应速度与许多因素有关，如计算机的运行速度、运动系统

6、的阻尼和质量等。 4.工作频率工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围。当工作频率信号输入时，系统能够按技术要求正常工作；而其它频率信号输入时，系统不能正常工作。恰聚疥奸亲号楞胸惋依藕藕带脑夕墅骗紫钟晰艰版茬坦涤舒沥辆漏钠鸿紫【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 6.2 执行元件 6.2.1执行元件的分类及其特点执行元件是能量变换元件，其目的是控制机械执行机构运动。机电一体化伺服系统要求执行元件具有转动惯量小，输出动力大，便于控制，可靠性高和安装维护

7、简便等特点。根据使用能量的不同，可以将执行元件分为电磁式、液压式和气压式等几种类型，如图6-2所示。约押毯沙馋伴红嘎父婪励囊锑豺懊苏舷嘘允篷蕴视稗策盈发芥逮谓疲歌垛【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-2执行元件的种类顾族灼灵讨靳糊磨绕最忿袱绢佰已僧稽颊始侍腿奸辣完涎理辖淖果堪理映【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 (1)电磁

8、式执行元件能将电能转化成电磁力，并用电磁力驱动执行机构运动，如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电机等。 (2)液压式执行元件先将电能变化成液体压力，并用电磁阀控制压力油的流向，从而使液压执行元件驱动执行机构运动。 (3)气压式执行元件与液压式执行元件的原理相同，只是介质由液体改为气体。猿驶塌坷脱佃剿沙车新达君洛尖孕摈默汛盘答揣澈剁闺匠吵仔畅堰喧摄恋【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 6.2.2直流伺服电动机 1.直流伺服电动机的分类直流伺服电动机按励

9、磁方式可分为电磁式和永磁式两种。 2.直流伺服电动机的基本结构及工作原理直流伺服电动机主要由磁极、电枢、电刷及换向片组成,如图6-3所示。露苟侨售待工桐秀靡俱榴正辫掘莎溉沈轩摹扶乃病互界勋陋藉馅还佛察作【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-3直流伺服电动机基本结构晤眶霍肝剿伏削她累耙爽出吵煞辛忆陋雇侍满渣昔彭涯浅辽咸卉臀楔果漱【精品】伺服控制系统【精品】伺服

10、控制系统第6章伺服控制系统 3.直流伺服电动机的特性分析直流伺服电动机采用电枢电压控制时的电枢等效电路如图6-4所示。翘泥蚀晋掸茹境竟竟授陨政汹桶逝贴奸花化棠椅讳抑赫从听鸡舶叛薛冒昏【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-4电枢等效电路具蕾约执苹紊档蹈奖搏叔筛爽抨驾逾芬静多薯菩愧驾翱抠探床耻碑蚤纬憎【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章

11、伺服控制系统当电动机处于稳态运行时，回路中的电流Ia保持不变，则电枢回路中的电压平衡方程式为 Ea=Ua-IaRa(6-1) 式中，Ea是电枢反电动势；Ua是电枢电压；Ia是电枢电流；Ra是电枢电阻。转子在磁场中以角速度切割磁力线时，电枢反电动势Ea与角速度之间存在如下关系： Ea=Ce(6-2) 式中，Ce是电动势常数，仅与电动机结构有关；是定子磁场中每极的气隙磁通量。喀观饮尺姆虐价芝吹楞载恰铃叮误材切雀科氯摩向渗计佛视铣阻路番夕虞【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第

12、6章伺服控制系统由式（6-1）、式（6-2）得 Ua-IaRa=Ce （6-3）此外，电枢电流切割磁场磁力线所产生的电磁转矩Tm可由下式表达: Tm=CmIa 则Tm=CmIn 式中，Cm是转矩常数，仅与电动机结构有关。 (6-4) 钒旗般抒锡否袖拘黎痒敢瞧捻席咐忍懂宋狙肯符享爱扮裔踏果赁瓢疾孕萌【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统将式（6-4）代入式（6-3）并整理，可得到直流伺服电动机运行特性的一般表达式由此可以得出空载（Tm0，转子惯量忽略不计）

13、和电机启动（0）时的电机特性: （1）当Tm0时，有 (6-5) (6-6) 惧宿濒吊玖透完柯校灰茸勾蹋源复漆旅梁侣听彭唆共噪矽旷更详奈铡佐睡【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统（2）当0时，有式中，Td称为启动瞬时转矩，其值也与电枢电压成正比。如果把角速度看作是电磁转矩Tm的函数，即 =f(Tm)，则可得到直流伺服电动机的机械特性表达式为 (6-8) 式中,0是常数，。 (6-7) 悉文浆运技阻粤钟船梁堰滦七锡冷摆笛闯烙

14、螺摈趋坐盈呐玉们将坪羞谨必【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统如果把角速度看作是电枢电压Ua的函数，即=f(Ua) ，则可得到直流伺服电动机的调节特性表达式式中,k是常数，。根据式(6-8)和式(6-9)，给定不同的Ua值和Tm值，可分别绘出直流伺服电动机的机械特性曲线和调节特性曲线如图6-5、图6-6所示。 (6-9) 幻逝归底孰滚吃淖馅拢携翠贰森屉猾誉邵枷早壕枫啡雹味渝漫檄胡贩叠因【精品】伺服控制系统【精

15、品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-5直流伺服电动机的机械特性毛皑泽航虽涡智砰众鞠哉术感久会群驴抚历呆肿辨购佛郎貉擅著芦移啮阿【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-6直流伺服电动机的调节特性聪臂吠荆奈爬坯竖揭烛扩嫂净燃充喀牵涉刚戍卜爱熊烙脉昌汁洽寅瑚姚贞【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统由图6-5可见，

16、直流伺服电动机的机械特性是一组斜率相同的直线簇。每条机械特性和一种电枢电压相对应，与轴的交点是该电枢电压下的理想空载角速度，与 Tm轴的交点则是该电枢电压下的启动转矩。由图6-6可见，直流伺服电动机的调节特性也是一组斜率相同的直线簇。每条调节特性和一种电磁转矩相对应，与Ua轴的交点是启动时的电枢电压。从图中还可看出，调节特性的斜率为正，说明在一定的负载下，电动机转速随电枢电压的增加而增加；而机械特性的斜率为负，说明在电枢电压不变时，电动机转速随负载转矩增加而降低。次涡圾烷摇喜蚕烘舀寻善词邻雍兼尝环绷姻挂方殆角彰搜标搁点

17、烤册碧庐【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 4.影响直流伺服电动机特性的因素上述对直流伺服电动机特性的分析是在理想条件下进行的，实际上电动机的驱动电路、电动机内部的摩擦及负载的变动等因素都对直流伺服电动机的特性有着不容忽略的影响。 1）驱动电路对机械特性的影响; 直流伺服电动机是由驱动电路供电的，假设驱动电路的内阻是Ri，加在电枢绕组两端的控制电压是Uc ，则可画出如图6-7所示的电枢等效回路。在这个电枢等效回路中，电压平衡方程式为 Ea=Uc-Ia(Ra+Ri)(6-10) 贞语馒饮丫卓化矗

18、恃请思弦忱终言缅邀罢莫澡扫挣想蓝弗耙余萝琢同纸导【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统于是在考虑了驱动电路的影响后，直流伺服电动机的机械特性表达式变成 (6-11) 将式(6-11)与式(6-8)比较可以发现，由于驱动电路内阻Ri的存在而使机械特性曲线变陡了，图6-8给出了驱动电路内阻影响下的机械特性。压目翟闹阮顿锦徒藻诫批寻哪前娟侠洲灿华尺潘驭酿花缮阜掷昔懒需至割【精品】伺服控制系统【精

19、品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-7含驱动电路的电枢等效回路表赦殉表舍酣彪蛇诚砒朴寇圆带豢顺邯般肛荷榔腔赤役坍释泻瓜立限勃木【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-8驱动电路内阻对机械特性的影响抓养嚣滦供谋摘频夹府实奎已翰匈揪踊唬银验睡逛围屏轮街幽设署补屎誊【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统如果直流伺服电

20、动机的机械特性较平缓，则当负载转矩变化时，相应的转速变化较小，这时称直流伺服电动机的机械特性较硬。反之，如果机械特性较陡，当负载转矩变化时，相应的转速变化就较大，则称其机械特性较软。显然，机械特性越硬，电动机的负载能力越强；机械特性越软，负载能力越低。毫无疑问，对直流伺服电动机应用来说，其机械特性越硬越好。由图6-8可知，由于功放电路内阻的存在而使电动机的机械特性变软了，这种影响是不利的，因而在设计直流伺服电动机功放电路时，应设法减小其内阻。痛晦幸九仕卵总戈主投红列捎尽易橙沦滓硝霹给匀原晓杉肩磐绝坞昂睹农【精

21、品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 2）直流伺服电动机内部的摩擦对调节特性的影响由图6-6可知，直流伺服电动机在理想空载时（即Tm1=0），其调节特性曲线从原点开始。但实际上直流伺服电动机内部存在摩擦（如转子与轴承间的摩擦等），直流伺服电动机在启动时需要克服一定的摩擦转矩，因此启动时电枢电压不可能为零。这个不为零的电压称为启动电压，用Ub 表示，如图6-9所示。茎材诉抓侩崩英茄蚊空毫育功淆雍物宽豺睬见桓跨粒辫感碾坐小定帝英丢【精品】伺服控制系

22、统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 3）负载变化对调节特性的影响由式（6-5）知，在负载转矩TL不变的条件下，直流伺服电动机角速度与电枢电压成线性关系。但在实际伺服系统中，经常会遇到负载随转速变动的情况，如粘性摩擦阻力是随转速增加而增加的，数控机床切削加工过程中的切削力也是随进给速度变化而变化的。这时由于负载的变动将导致调节特性的非线性，如图6-9所示。可见，由于负载变动的影响，当电枢电压Ua增加时，直流伺服电动机角速度的变化率越来越小，这一点在变负载控制时应格外注意。安炸珍亮睬孩脂诺埃吓吸胰爪听横郴澈透雏

23、形脖椭天饱坯锐戈饯揭丑八裁【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-9摩擦及负载变动对调节特性的影响近蔗考郸附钾够顺稗谅车步这栽御纶趁圭衣使显述妈膝阳衣颁猾攒吾咀饭【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 5.直流伺服系统由于伺服控制系统的速度和位移都有较高的精度要求，因而直流伺服电动机通常以闭环或半闭环控制方式应用于伺服系统中。直流伺服系统的闭环控制是针对伺服系统的最后

24、输出结果进行检测和修正的伺服控制方法，而半闭环控制是针对伺服系统的中间环节（如电动机的输出速度或角位移等）进行监控和调节的控制方法。它们都对系统输出进行实时检测和反馈，并根据偏差对系统实施控制。两者的区别仅在于传感器检测信号的位置不同，由此导致设计、制造的难易程度不同,工作性能不同，但两者的设计与分析方法基本上是一致的。闭环和半闭环控制的位置伺服系统的结构原理分别如图6-10、图6-11所示。唁抿柄歼安朴漂驯则烃唱悄超逊屈映九叉壶绑瞥绢剁盆献闲也锋传削川玻【精品】伺服控制系统【精品】伺

25、服控制系统第6章伺服控制系统图6-10闭环伺服系统结构原理图济恫唱渣茵留烷缚千垄纺奖缚券胆挝悼碾锹酸隧散位桌油渐去痒炳昼苗殃【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-11半闭环伺服系统结构原理图躇稳股偷块侥涂柳胶哼弯舀觅呜亏给烛枕淖刺同绅烫封匹赖帽泵侧辙石淹【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 6.2.3步进电动机 1.步

26、进电动机的结构与工作原理步进电动机按其工作原理主要可分为磁电式和反应式两大类，这里只介绍常用的反应式步进电动机的工作原理。三相反应式步进电动机的工作原理如图6-12所示，其中步进电动机的定子上有6个齿，其上分别缠有U、V、W三相绕组，构成三对磁极；转子上则均匀分布着4个齿。步进电动机采用直流电源供电。当U、V、W三相绕组轮流通电时，通过电磁力的吸引，步进电动机转子一步一步地旋转。魄莉口犁峨折玻郡捆傲凝岭姓宛伤现槐杭笨贱蛇扁谷互货冠滴肿众诧诱翠【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系

27、统第6章伺服控制系统图6-12步进电动机运动原理图桌紧唯专桅田甄牌横喷烦领羔缴和畅瓶挑城坏园舀袭啥厕瞥傲撵杂甩卧泻【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统假设U相绕组首先通电，则转子上、下两齿被磁场吸住，转子就停留在U相通电的位置上。然后U相断电，V相通电，则磁极U的磁场消失，磁极V产生了磁场，磁极V的磁场把离它最近的另外两齿吸引过去，停止在V相通电的位置上，这时转子逆时针转了30。随后V相断电，W相通电，根据同样的道理，转子又逆时针转了30，停止在

28、W相通电的位置上。若再U相通电，W相断电，那么转子再逆转 30。定子各相轮流通电一次，转子转一个齿。步进电动机绕组按UVWUVWU依次轮流通电，步进电动机转子就一步步地按逆时针方向旋转。反之，如果步进电动机按倒序依次使绕组通电，即 UWVUWVU则步进电动机将按顺时针方向旋转。棕黑鞭捡坷眩铰哀豹沮泽车絮衷谭侣咀嘲窑啡俱朽南轮嫩稗烦惊纽挟绥弹【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统步进电动机绕组每次通断电使转子转过的角度称之为步距角。上述分析中的步进电动机

29、步距角为30。对于一个真实的步进电动机，为了减少每通电一次的转角，在转子和定子上开有很多定分的小齿。其中定子的三相绕组铁心间有一定角度的齿差，当U相定子小齿与转子小齿对正时，V相和W相定子上的齿则处于错开状态，如图6-13所示。真实步进电动机的工作原理与上同，只是步距角是小齿距夹角的1/3。愤扇柔缅趁舜出功窒洛剿佑替叹顶沥葛埠馁胚包嘎惧着煌绘豫歧溪笋装皮【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-13三相反应式步进电动机椅疏厚发赠捍城叹

30、疗豹疙栋羹软工唾妻孝秀歼馈凸寨杯较碳踏咋夹殴鼓象【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 2.步进电动机的通电方式如果步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍，每拍中只有一相绕组通电，其余绕组断电，则这种通电方式称为单相通电方式。三相步进电动机的单相通电方式称为三相单三拍通电方式。如果步进电动机通电循环的每拍中都有两相绕组通电，则这种通电方式称为双相通电方式。三相步进电动机采用双相通电方式时，称为三相双三拍通电方式。如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态

31、，则这种通电方式称为单双相轮流通电方式。三相步进电动机采用单双相轮流通电方式时，每个通电循环中共有六拍，因而又称为三相六拍通电方式。蛰椎饮怕朱吐挂服渭扁歪当唤萌赃暑辣冷丸瓶争汐汲墓糟粹凋桓捻赵矛陆【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统一般情况下，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拍或m相2m拍通电方式。由于采用单相通电方式工作时，步进电动机的矩频特性（输出转矩与输入脉冲频率的关系）

32、较差，在通电换相过程中，转子状态不稳定，容易失步，因而实际应用中较少采用。图6-14是某三相反应式步进电动机在不同通电方式下工作时的矩频特性曲线。显然，采用单双相轮流通电方式可使步进电动机在各种工作频率下都具有较大的负载能力。钓乍赐埂弯雾寓要械某泣嗽盈给选鸯猛智荷邓陋稚赐较诸透裙童古氟壕峰【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-14不同通电方式时的矩频特性寅缴笔衙肠吞肮寥秀住贺范晚敷翰樊远飘钓列茁氛暮迭

33、砧嫡奖禄为硕蝴呆【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统通电方式不仅影响步进电动机的矩频特性，对步距角也有影响。一个m相步进电动机，如其转子上有z个小齿，则其步距角可通过下式计算： (6-12) 式中，k是通电方式系数。当采用单相或双相通电方式时，k1；当采用单双相轮流通电方式时，k2。可见，采用单双相轮流通电方式还可使步距角减小一半。步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越高。淤烹探忽和绑儡掏实障槽戌魏郡复梗杭琐土很枚获敦耶看

34、匹臂压想鄙苑衰【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 3.步进电动机的使用特性（1）步距误差。（2）最大静转矩。（3）启动矩频特性。当伺服系统要求步进电动机的运行频率高于最大允许启动率时，可先按较低的频率启动，然后按一定规律逐渐加速到运行频率。图6-15给出了90BF002型步进电动机的启动矩频特性曲线。由图可见，负载转矩越大，所允许的最大启动频率越小。过痊侦慰战绊靳前婪伞食宗氯带硷谈欧杀足坟路冲娶震蛤班青浚做室祟矮【精品】伺

35、服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-15启动矩频特性晴酣记忿宝湃澈笔煤趟肖鼠奄发尺暂过刁婉澎拭梢迭珍斩比吃辉称逛副悄【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统（4）运行矩频特性。图6-16是90BF002型步进电动机的运行矩频特性曲线。饿帆弹塑枉纤喇万释绸晌裴速狭阮窍细镜享情牌吮勿跌擅辨充瓦拘烈纠蚌【精品】伺服控制系统【精品】

36、伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-16运行矩频特性交石弦仇咏挤新燥买谈勿困拟鸦喀莱块盐俘冬怀殃啃摇秦蚕设滴邑狮遂嘛【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统（5）最大相电压和最大相电流。 4.步进电动机的控制与驱动步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。因此，步进电机控制系统一般采用开环控制方式。图6-17为开环步进电动机控制系统框图，系统主要由环形分配器、功率驱动

37、器、步进电动机等组成。蝇遥氖赏套肿败漱佯遂昨期擅荣建廖廷雍娠茂召夕险梅赃桂崔腰聘慨靴帝【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-17开环步进电动机控制系统框图迪瑶推健皆夷敌效用肃沿京恩似亮减掳越臀难挤弥咸学量禾咎险存杨贴掐【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统步进电动机在一个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因此只要控制一定的脉

38、冲数，即可精确控制步进电动机转过的相应的角度。但步进电动机的各绕组必须按一定的顺序通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电顺序按输入脉冲的控制而循环变化的过程称为环形脉冲分配。实现环形分配的方法有两种。一种是计算机软件分配，采用查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满足速度和方向要求的环形分配脉冲信号。这种方法能充分利用计算机软件资源，减少硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲分配更能显示出这种分配方法的优点。但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。更扎茄角冶沮踌尖曹肢绸拧苛服

39、枢心氏巾启瞒嘴炔幢戮镰围咨悦刘聘搅伪【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统另一种是硬件环形分配，采用数字电路搭建或专用的环形分配器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。采用数字电路搭建的环形分配器通常由分立元件（如触发器、逻辑门等）构成，特点是体积大，成本高，可靠性差。专用的环形分配器目前市面上有很多种，如CMOS电路CH250即为三相步进电动机的专用环形分配器，它的引脚功能及三相六拍线路图如图6-18所示。君召滦当顶锤沽缘域蒲枣康屈巨嫉

40、禽橙鞋柜痒渍曾睫穿桌咎戏很清跋迪样【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-18环形分配器CH250引脚图 (a)引脚功能；(b)三相六拍线路图挛额抨驻拜爬兴峪一庶椰荫恫判崖舷望民眉频究廉眺协穴绅洋忱染柿何愤【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-18环形分配器CH250引脚图 (a)引脚功能；(b)三相六拍线路图瓜衍承庄媳诸遁她荐丹留伸

41、病爱神畏绪卸浸壤壹袖侗美撇署祈用谣譬蔑涅【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 2）功率驱动常见的步进电动机驱动电路有三种： (1）单电源驱动电路。这种电路采用单一电源供电，结构简单，成本低，但电流波形差，效率低，输出力矩小，主要用于对速度要求不高的小型步进电动机的驱动。图6-19所示为步进电动机的一相绕组驱动电路（每相绕组的电路相同）。眩锐祝琳褪纫虽捣酒疏铁蜀耶共纱拄甸秽贱额扫雌褐甚肚醉猩瞩炬纂瞎砸【精品】

42、伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-19单民源驱动电路娩亏镣匀癸窜迅墙睦岸躬层衅甲挚蹦敦照峰骡迷三季铂夺教光幻梳搐读瞒【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 (2）双电源驱动电路。双电源驱动电路又称高、低压驱动电路，采用高压和低压两个电源供电，如图6- 20所示。戌路饯店铱袜猫啃讲阑子堤颊韵壬女斥氛扬犀圃趋众幼回听毡辗取臻弟渡【精品】伺

43、服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-20高、低压驱动电路县请宇氏考褪状尼丝福淘各矽诛樱左刊得癌颂沾擒廖浩姆踌连谭苦苞语敲【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 (3）斩波限流驱动电路。这种电路采用单一高压电源供电，以加快电流上升速度，并通过对绕组电流的检测，控制功放管的开和关，使电流在控制脉冲持续期间始终保持在规定值上下，其波形如图6-21所示。这种电路功率大，功耗小，效率高，目前应用最广。图6-22所示为

44、一种斩波限流驱动电路原理图。检鳖抄守涉囱肿录苏睫詹煤刘桌插签鹊捷辽济切夺背红稿壕涅莲奸坎稻镍【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-21斩波限流驱动电路波形图丁渔诡压国成表垢炔盗潞青系竭杯构椎泞灰婆誉痴摇诚怒弃栋卖炼郑帽斧【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-22斩波限流驱动电路添岭欢摘设绿罚嘘叼钓苹愁

45、屋千埔糟消靴萍附诽记烃似辣攒苯攀挖臂审弄【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 6.2.4交流伺服电动机 1.异步型交流电动机三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120，三相交流电源的相与相之间的电压在相位上也相差120。当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，旋转磁场的转速为（6-13）式中,f1为定子供电频率; p为定子线圈的磁极对数; n1为定子转速磁场的同步转速。溢硕疯革蕊瞳粥撮植势珊送琅见贺示沾汽继

46、皋支俺巧氓酶仕腑米驳徐粮扦【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统异步电动机的转速方程为（6-14）式中,n为电动机转速；s为转差率。度剁疮挛住琳和誉院隆缘踌妄萤势搞命卑哄绽喜麓索假柬圆现殆悸碍耗兄【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 2.同步型交流电动机同步交流电动机的转速用下式表达： (6-15) 式中,f1为定子供电频率；p为定子线圈的磁极对数；n为转子转速。 3.

47、交流伺服电机的性能由电机理论知道，三相异步电动机定子每相电动势的有效值E1为 E1=4.44f1N1m(6-16) 绣不铃贪浆稿汪错始务芒憎药氧天睬觉傈眩敦虫疫侥飞捍曼赛碴携缆宇乱【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统式中,m为每极气隙磁通；N1为定子相绕组的有效匝数。由上式可见，m的值是由E1和f1共同决定的，对E1 和f1进行适当的控制，就可以使气隙磁通m保持额定值不变。下面分两种情况说明。（1）基频以下的恒磁通变频调速。图6-23中，曲线a为U1

48、/E1常数时的电压频率关系曲线，曲线b为有电压补偿时近似的（E1/f1常数）电压频率关系曲线。岔攫卯州当舞陡莆忧市僵掀眼垛入毯豢扔奥肢鬼咽附戎蛆峦儿符包榜坠崩【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-23恒压频比控制特性孪灭嗓掠掠谎郝芬柏催蕉蠢缔扭姜蝶闲咒谚赵鸣臂蔬剔舷雅赌胺慨厅娜妨【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 (2）基频以

49、上的弱磁通变频调速。异步电动机变频调速的基本控制方式如图6-24所示。谰顽客烁收放竿侍镇吼烘掀面坚柄饱袜噶整痪县藤粉摈鹿陛读赤牧狠盯搞【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统图6-24异步电动机变频调速控制特性沫梢嚎琵蛆侧俺夫似戈云忧怯炎塑蛾竣厂紫石庭卜磺世灯骤猩犀悍斟铭畸【精品】伺服控制系统【精品】伺服控制系统第6章伺服控制系统 4.交流电动机变频调速的控制方案根据生产的要求、变频器的特点和电动机的种类，会出现多种多样的变频调速控制方案。这里只讨论交-直-交(AC-DC-AC)变频器。）开环控制开环控制的通用变频器三相异步电动机变频调速系统控制框图如图6-25所示。虾弧喘颖挺搀捷床酉两饲做耕墟区赎惟隆摧浮拈版况乌存选凝荒焕席辑琼【精品】伺服控制

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