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伺服系统与位置检测装置

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伺服系统

伺服系统

加减速时间设定
加减速用加减速时间的长短来设定，加减速时间越短，速度变化大， 系统易引起振荡；反之，系统的响应性变慢。加减速有线性加减速和指 数加减速。在线性加减速中，加速度有突变，应根据负载惯量核算最大 可达到的加速度，从而确定加速到最大速度所需要的时间；在指数加减 速中，加速度变化无突变，速度变化平稳，必须设定加减速总时间和加 减速升降速时间。
以移动部件的位置和速度作为控制量的 自动控制系统。
伺服系统
伺服系统组成
机电一体化技术
伺服系统组成
位置控制 + 位置控制 调节器 — 速度控制
+
—
--
位置 指令
速度控制 调节器
功率 驱动
机械传动机构
实际速度反馈 速度检测 电机 实际位置反馈 位置检测
伺服系统
伺服系统组成
机电一体化技术
基本工作原理
伺服系统
伺服系统参数
机电一体化技术
v、a v a
v、a
v
a
O t O
ta
t1
ta
t2
t
线性加减速
指数加减速
伺服系统
伺服系统参数
机电一体化技术
阻尼
运动中的机械部件易产生振动，其振幅取决于系统的阻尼和固有频率， 系统的阻尼越大，振幅越小，且衰减越快。运动副（特别是导轨）的摩擦阻 尼占主导地位，实际应用中一般将摩擦阻尼简化为粘性摩擦阻尼。系统的粘 性摩擦阻尼越大，系统的稳态误差越大，精度越低。对于质量大、刚度低的 机械系统，为了减小振幅，加速衰减。可增大粘性摩擦阻尼。
位置检测装置将检测到的移动部件的实 际位移量进行位置反馈，与位置指令信号进 行比较，将两者的差值进行位置调节，变换 成速度控制信号，控制驱动装置驱动伺服电 动机以给定的速度向着消除偏差的方向运动，

4-1 数控机床常用传感器

4-1 数控机床常用传感器
Us = (Um cosα)sin wt Uc = (Um sinα)sin wt
Es = KUs sin(90o −θ ) = KUm sinα sin wt cosθ 感应电势： 感应电势： Ec = KUc sin(−θ ) = −KUm cosα cos wt sinθ
S1 Us C2 Uc S2
光电转换原理。 光电转换原理。
莫尔条纹
P— 栅距 W— 莫尔条纹宽度
3.莫尔条纹性质 3.莫尔条纹性质
i）平行光照射光栅时，莫尔条纹由亮带到暗带，再由暗带 平行光照射光栅时，莫尔条纹由亮带到暗带， 到亮带透过的光强度分布近似于余弦函数。 到亮带透过的光强度分布近似于余弦函数。 ii）放大作用： （Ｗ＝P/sinθ） ii）放大作用： （Ｗ＝P/sinθ P/sin iii）均化误差作用 iii）
五.光栅 光栅
位置检测装置． 位置检测装置．将机械位移或者模拟量转变为数字脉 反馈给数控装置，实现闭环控制． 冲，反馈给数控装置，实现闭环控制．
1.结构和种类 1.结构和种类
包括： 包括： 标尺光栅: 标尺光栅:固定在机床活动部件上 指示光栅: 指示光栅:安装在读数头内
光栅读数头示意图
2.原理 2.原理
1. 结构
利用互感原理工作
在结构上与二相线绕式异 步电动机相似， 步电动机相似，由定子和 转子组成。 转子组成。
间接测量角位移
2.基本工作原理 2.基本工作原理
Us
Us = Um sin ω t
S1
S2
U B = KU s sin θ = KU m sin θ sin ω t
θ B2
B1
Z
按工作方式分为鉴相式和鉴幅式
四. 绝对值编码器

第四章 伺服系统的检测装置

第四章 伺服系统的检测装置

感应同步器
感应同步器就是利用感应电压的变化进行位置检测的. 感应同步器就是利用感应电压的变化进行位置检测的.
感 应 同 步 器 结 构 图
定尺绕组中的感应电势U 定尺绕组中的感应电势 2 s 滑尺的正,余弦绕组的励磁电压 滑尺的正,余弦绕组的励磁电压Um s
U2 s=K Us cosθ=K Um s cosθ sinωt
数控机床对检测装置的主要要求为 (1)工作可靠,抗干扰性强; 工作可靠,抗干扰性强; 工作可靠 (2)使用维护方便,适应机床的工作环境; 使用维护方便, 使用维护方便 适应机床的工作环境; (3)满足精度和速度的要求; 满足精度和速度的要求; 满足精度和速度的要求 (4)成本低. 成本低. 成本低
通常,数控装置要求位置检测的分辨率为 通常,数控装置要求位置检测的分辨率为0.001～0.0lmm; ～ ; 测量精度为±0.002～±0.02mm/m,能满足数控机床以1～ 测量精度为± ～ / ,能满足数控机床以 ～ l0m/min的最大速度移动. 的最大速度移动. / 的最大速度移动 位置检测装置分类 数字式 增量式 绝对式 增量式 旋转变压器, 旋转变压器, 感应同步器, 感应同步器, 圆型磁尺 直线感应同步 器,磁尺 模拟式 绝对式 多级旋转变压 器,旋转变压 器组合 绝对值式磁尺
按磁性标尺基本形状分类的各种磁尺磁通响应型磁头光 来自 盘编 码 盘�
光电盘, 光电盘, 回转型 编码盘 圆光栅 长光栅, 长光栅, 直线型 激光干 编码尺 涉仪
旋转变压器
旋转变压器工作原理
E1=nV1 sinθ = nVm sinωtsinθ 式中 n——变压比; V1——定子的输入电压; Vm——定子最大瞬时电压.
当转子转到两磁轴平行时(即θ=90o), 转子绕组中感应电势最大,即 E1=n V ms inωt

数控原理与系统之位置检测装置

数控原理与系统之位置检测装置
1000
1111
图6-6 a葛莱码盘
08
1 0000 1000
9
0001
1001
3 0011
11 1011
2 0010
1010 10
6 0110
1110 15
7 0111
1111 14
0101
1101
5
0100 1100
13
4 12
b 四位二进制码盘非单值性误差
第二节 光电编码器
图6-6为葛莱码盘，其各码道的数码不同时改变，任 何两个相邻数码间只有一位是变化的，每次只切换一位 数，把误差控制在最小范围内。二进制码转换成葛莱码 的法则是：将二进制码右移一位并舍去末位的数码，再 与二进制数码作不进位加法，结果即为葛莱码。
第二节 光电编码器
光电式脉冲编码器，它由光源、聚光镜、光电盘、 圆盘、光电元件和信号处理电路等组成（图6-1）。光电盘是用 玻璃材料研磨抛光制成，玻璃表面在真空中镀上一层不透光的铬， 然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。透光窄缝在圆周上 等分，其数量从几百条到几千条不等。圆盘也用玻璃材料研磨抛 光制成，其透光窄缝为两条，每一条后面安装有一只光电元件。 光电盘与工作轴连在一起 ，光电盘转动时，每转过一个缝隙就发 生一次光线的明暗变化，光电元件把通过光电盘和圆盘射来的忽 明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号，经过整形、放大、 和微分处理后，输出脉冲信号。通过记录脉冲的数目，就可以测 出转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可以求 出速度。
第二节 光电编码器
光电脉冲编码器用于数字脉冲比较伺服系统(图6-4) 的工作原理如下：光电脉冲编码器与伺服电机的转轴连接，随着 电机的转动产生脉冲序列，其脉冲的频率将随着转速的快慢而升 降。若工作台静止，指令脉冲和反馈脉冲都为零，两路脉冲送入 数字脉冲比较器中进行比较，结果输出也为零。因伺服电机的速 度给定为零，工作台依然不动。随着指令脉冲的输出，指令脉冲 不为零，在工作台尚未移动之前，反馈脉冲仍为零，比较器输出 指令信号与反馈信号的差值，经放大后，驱动电机带动工作台移 动。电机运转后，光电脉冲编码器将输出反馈脉冲送入比较器， 与指令脉冲进行比较，如果偏差不为零，工作台继续移动，不断 反馈，直到偏差为零，即反馈脉冲数等于指令脉冲数时，工作台 停在指令规定的位置上。

机床数控技术(检测装置、伺服驱动系统)单元习题与答案

机床数控技术(检测装置、伺服驱动系统)单元习题与答案

一、单项选择题1、编码器在数控机床中的应用有〔〕。

A.位移测量、转速测量与主轴掌握B.主轴掌握、转速测量与回参考点掌握C.位移测量、主轴掌握与回参考点掌握D.位移测量、主轴掌握、转速测量与回参考点掌握正确答案：D2、以下位置检测装置中，属模拟式位置检测装置的是〔〕。

A.旋转变压器B.接触式码盘C.光电编码器D.长光栅正确答案：A3、七位二进制接触式码盘的区分率为〔〕。

A.π/64B.π/256C.π/32D.π/128正确答案：A4、感应同步器滑尺上的正弦绕组和余弦绕组相距〔〕。

A.1/2 个节距B.1/4 个节距C.2 个节距D.1 个节距正确答案：B5、假设光栅尺的线纹密度为50 条/mm，经4 倍频鉴向计数电路处理后，其区分率为〔〕μm。

A.20B.5C.10D.2.5正确答案：B6、以下〔〕不属于通常所述的数控系统三环掌握构造中的伺服环路。

A.加速度环B.位置环C.电流环 D.速度环正确答案：A7、调速性能最好的电机是〔〕。

A.沟通电机B.直流电机C.步进电机D.直线电机正确答案：B8、以下不属于数控机床对主轴伺服系统的要求的是〔〕。

A.主轴与进给轴同步掌握B.角度分度掌握C.轴向定位掌握D.准停掌握正确答案：C9、以下方法能够实现他励直流伺服电机的调速，但是不经济且低速特性较软的是〔〕方式。

A.调整电枢电压UaB.调整电枢回路总电阻RaC.调整励磁磁通ΦD.调整转子线圈的相数正确答案：B10、在步进电机功率放大电路中，承受“高压建流、低压定流”工作方式的驱动电路是〔〕。

A.细分驱动电路B.调频调压电路C.凹凸电压驱动电路D.恒流斩波电路正确答案：C11、步进电动机的转速主要取决于〔〕。

A.电脉冲的总数B.电流的大小C.电脉冲的频率D.电压的凹凸正确答案：C12、设步进电机通电频率为1000Hz，步距角为0.1°，步进电机经过减速比为10 的齿轮减速后，通过螺距为3mm 的丝杠螺母副驱开工作台实现Z 向进给运动，则工件台的Z 方向的移动速度是〔〕m/min。

第五章 数控机床的位置检测装置 曼初宏

第五章 数控机床的位置检测装置 曼初宏

第四节 光栅测量装置
2.光栅读数头 (1)分光读数头 如图5-15所示，从光源Q发出的光，经过透镜L1照 射到光栅G1和G2上形成莫尔条纹。 (2)垂直入射读数头 这种读数头主要用于每毫米25～125条刻线的 玻璃透射光栅测量装置，如图5-16所示。
图5-15 分光读数头
第四节 光栅测量装置
(3)反射读数头
图5-26 鉴相式测量检测电路框图
2.鉴幅式测量检测电路
第六节 编码器测量装置
一、光电式编码器的结构 光电式编码器是一种光电脉冲发生器，其最初结构就是一种光电 盘。它由光源、聚光镜、光电盘、分度狭缝、光电元件、数模转 换和方向辨别电路及数字显示装置等组成，如所示。
图5-27 光电式编码器测量装置
第六节 编码器测量装置
第五节 磁栅测量装置
图5-20 带状磁尺
第五节 磁栅测量装置
(4)圆形磁尺
图5-22 圆形磁尺
第五节 磁栅测量装置
2.磁头
图5-23 单磁头结构
第五节 磁栅测量装置
图5-24 双磁头结构
第五节 磁栅测量装置
三、磁栅测量装置的工作方式 磁栅测量是模拟测量，必须和检测电路配合才能实施检测。根据检 测方法的不同，磁栅测量可分为鉴相式测量和鉴幅式测量两种工作 方式，其中以鉴相式测量方式应用较多。 1.鉴相式测量检测电路
第一节 位置检测装置概述
2.按检测信号的选取形式不同分类 (1)数字式测量装置 该装置将被测位移量转换为脉冲个数，即数字 形式来表示。 (2)模拟式测量装置 该装置将被测位移量转换为连续变化的模拟电 量来表示，如电压变化、相位变化等，因此可直接对被测量进行检 测，无需量化处理；在小量程内可实现较高精度的测量，可用于直 接测量和间接测量。 3.按测量的绝对值不同分类 (1)增量式测量装置 它只测量相对位移量(位移增量)，即每移动一 个测量单位就发出一个测量信号。 (2)绝对式测量装置 对于被测量的任意点的位置，均由一个固定的 零点计算起，每一被测点都有一个相应的测量值。

伺服系统包含哪些(基本组成_工作原理_应用)

伺服系统包含哪些(基本组成_工作原理_应用)
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。

下图给出了伺服系统组成原理框图。

图伺服系统组成原理框图
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
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。

4.被控对象
5.检测环节
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。

伺服系统工作原理伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的任意变化而变化的自动控制系统，即伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。

它由计算机数字控制系统、伺服驱动器、伺服电动机、速度和位置传感器等组成。

计算机数字控制系统用来存储零件加工程序，根据编码器反馈回来的信息进行各种插补运算和软件实时控制，向各坐标轴的伺服驱动系统发出各种控制命令。

伺服驱动器和伺服电动机接收到计算机数字控制系统的控制命令后，对功率进行放大、变换与调控等处理，能够快速平滑调。

数控机床位置检测装置的分类方法

数控机床位置检测装置的分类方法数控机床位置检测装置的分类方法对于不同类型的数控机床，因工作条件和检测要求不同，可以采用以下不同的检测方式。

下面就一起随店铺来了解下数控机床位置检测装置的分类方法吧。

1、增量式和绝对式测量增量式检测方式只测量位移增量，并用数字脉冲的个数来表示单位位移(即最小设定单位)的数量，每移动一个测量单位就发出一个测量信号。

其优点是检测装置比较简单，任何一个对中点都可以作为测量起点。

但在此系统中，移距是靠对测量信号累积后读出的，一旦累计有误，此后的测量结果将全错。

另外在发生故障时(如断电)不能再找到事故前的正确位置，事故排除后，必须将工作台移至起点重新计数才能找到事故前的正确位置。

脉冲编码器，旋转变压器，感应同步器，光栅，磁栅，激光干涉仪等都是增量检测装置。

绝对式测量方式测出的是被测部件在某一绝对坐标系中的绝对坐标位置值，并且以二进制或十进制数码信号表示出来，一般都要经过转换成脉冲数字信号以后，才能送去进行比较和显示。

采用此方式，分辨率要求愈高，结构也愈复杂。

这样的测量装置有绝对式脉冲编码盘、三速式绝对编码盘(或称多圈式绝对编码盘)等。

2、数字式和模拟式测量数字式检测是将被测量单位量化以后以数字形式表示。

测量信号一般为电脉冲，可以直接把它送到数控系统进行比较、处理。

这样的检测装置有脉冲编码器、光栅。

数字式检测有如下的'特点：(1)被测量转换成脉冲个数，便于显示和处理;(2)测量精度取决于测量单位，与量程基本无关;但存在累计误码差;(3)检测装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力强。

模拟式检测是将被测量用连续变量来表示，如电压的幅值变化，相位变化等。

在大量程内做精确的模拟式检测时，对技术有较高要求，数控机床中模拟式检测主要用于小量程测量。

模拟式检测装置有测速发电机、旋转变压器、感应同步器和磁尺等。

模拟式检测的主要特点有：(1)直接对被测量进行检测，无须量化。

(2)在小量程内可实现高精度测量。

进给伺服系统介绍

20
格雷码的编码方法 它是从二进制码转换而来的，转换规则为： 将二进制码与其本身右移一位后并舍去末位的数码作不 进位加法，得出的结果即为格雷码(循环码)。 例题： 将二进制码0101转换成对应的格雷码：
010（1二进制码）

01（ 0 右移一位并舍去）末位
011（1雷格码）
绝对式码盘的规格及分辨率
CNC 插补 指令
位置控制单元 + -
位置控制调节 器
速度控制单元
+
-
速度控制 调节与驱动
实际 位置 反馈
实际 速度 反馈
检测与反馈单 元
机械执行部件 电机
二、NC机床对数控进给伺服系统的要求
调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内)
调速范围：
R NF maF xmin
一般要求：
R N 10 且 0 . 1 m m 0 F m m 0 1 i m in n m m i
Z
其中，A、 B、 Z 是 A、 B、 Z 的取反信号。
90°
……
码盘转一圈
A
输出信号的作用及其处理
A、B两相的作用
90O
根据脉冲的数目可得出被测轴
的角位移；
B
根据脉冲的频率可得被测轴的
转速；
根 据 A、B 两 相 的 相 位 超 前 滞
后关系可判断被测轴旋转
CP
方向。
后 续 电 路 可 利 用 A、B 两 相 的 90°相位差进行细分处理 （四倍频电路实现）。
结论：相对位移量 x 与 相位角θ1 呈线性关系，只要能测出相 位角θ1 ，就可求得位移量 x 。
根据滑尺正、余旋绕组上激磁电压Us、 Uc供电方式的不同可 构成不同检测系统——-鉴相型系统和鉴幅型系统。

机床数控技术--习题答案—第6章数控伺服系统

第5章 位置检测装置习题及答案1.伺服系统中常用的位置检测装置有几种？各有什么特点？答：伺服系统中常用的位置检测装置有：旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器和光栅，各检测装置的特点如下：旋转变压器：又称同步分解器，是利用电磁感应原理的一种模拟式测角器件，是一种旋转式的小型交流电动机，在结构上和二相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，分有刷和无刷两种。

其特点是坚固、耐热、耐冲击、抗干扰、成本低，是数控系统中较为常用的位置传感器；感应同步器：感应同步器是从旋转变压器发展而来的直线式感应器，相当于一个展开的多级旋转变压器。

踏实利用滑尺上的励磁绕组和定尺上的感应绕组之间相对位置的变化而产生电磁耦合的变化，从而发出相应的位置信号来实现位移检测的，其特点为：精度高，工作可靠，抗干扰能力强，维修简单、寿命长，测量距离长，工艺好、成本低、便于成批生产；脉冲编码器：脉冲编码器分为光电式、接触式和电磁感应式三种。

数控机床主要使用光电式脉冲编码器。

光电式脉冲编码器按编码方式又分为绝对值式和增量式两种，常用的为增量式脉冲编码器，其优点是结构简单、成本低、使用方便，缺点是有可能由于噪声或其它外界的干扰产生计数误差，若因停电、刀具破损而停机，事故排除后不能再找到事故发生前执行部件的正确位置；光栅：在高精度数控机床和数显系统中，常使用光栅作为位置检测装置。

它是将机械位移或模拟量转变为数字脉冲，反馈给CNC或数显装置来实现闭环控制的。

计量光栅分为圆光栅和长光栅两种。

圆光栅用于测量转角位移，长光栅用于测量直线位移，由于激光技术的发展，光栅制作的精度有了很大的提高，现在光栅精度可以达到微米级甚至亚微米级。

2. 旋转变压器由哪些部分组成？其检测的基本原理如何？答：旋转变压器又称同步分解器，是利用电磁感应原理的一种模拟式测角器件，是一种旋转式的小型交流电动机，在结构上和二相绕线式异步电动机相似，由定子和转子组成，分有刷和无刷两种，结构如下图所示：有刷式旋转变压器的结构无刷式旋转变压器结构示意图1-转轴 ; 2-轴承 ; 3-机壳; 4-转子铁心; 5-定子铁心6-端盖 ; 7-电刷 ;8-集电环旋转变压器是根据互感原理工作的。

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9.2 开环步进电动机驱动系统
开环伺服系统不设位置检测反馈装置， 不构成运动 反馈控制回路， 电动机按数控装置发出的指令脉冲工作， 对运动误差没有检测反馈和处理修正过程。 其典型代表 是步进电动机开环进给伺服系统， 如图9.1所示。
数控 装置
指令脉冲 环形 分配器
步进电动机
步进电动机 功率放大器
第9章 伺服系统与位置检测装置
9.1 伺服系统概述 9.2 开环步进电动机驱动系统 9.3 直流伺服系统 9.4 交流伺服系统 9.5 位置检测装置 习题
9.1 伺服系统概述
1. 基本概念 伺服（Servo）系统又叫随动系统， 是一种能够跟 随指令信号的变化而动作的自动控制装置， 根据实现 方法不同， 可以分为机械随动（仿形）系统、 液压伺 服系统、 电气伺服系统等， 目前的数控机床均采用电 气伺服系统。
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
360
mZK
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9.3 所示， 定子为三相， 转子有40个 齿， 则三相三拍工作时
360 3
3 40 1
三相六拍工作时
360 1.5
图9.4 步进电动机的矩角特性
M / (N·m)
O
f / Hz
图9.5 步进电动机的矩频特性
· 低频区： 步进电动机的运行为连续的单步运动， 每次换相时， 转子都要来回振荡若干次， 如图9.6(a) 所示。
· 高频区： 这时脉冲间隔短， 前一步还没有振荡 结束， 后一个脉冲就已经到来， 从而使步进电动机连 续平滑地转动， 运转比较平稳， 如图9.6(b)所示。
3. 步进电动机的工作原理
图９.2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°。
A B
A B C
C
U
(a)
C B 逆 时 针 回 转 30°
2 4
A 1B
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。
2. 步进电动机的分类 1） 反应式步进电动机 反应式步进电动机的定子和转子由硅钢片或其他软 磁材料制成， 定子上有励磁绕组， 绕组相数一般为二、 三、 四、 五、 六相， 步距角一般为0.36°～3°。
在数控机床中， CNC装置是发布命令的“大脑”， 而伺服系统则是数控机床的“四肢”， 是一种执行机构， 它能够准确地执行来自CNC装置的运动指令。
伺服系统由伺服驱动装置、 伺服电动机、 位置检测 装置等组成。
来将电能转换为机械能， 拖动机械部件移动或转动。
2. 数控机床对进给伺服系统的要求 数控机床对进给伺服系统的要求是： （1） 调速范围宽， 在大的速度范围内运转稳定。 （2） 负载特性硬， 抗扰动能力强， 能保证切削过 程中受负载冲击时速度不变， 尤其在低速时应有足够 的负载能力。 （3）反应速度快。 （4） 准确度高。
（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。
9.2.1 步进电动机 1. 步进电动机的特点 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位
移的机电执行元件。
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。
3 40 2
A
3°
C
B
C B
6° A
图9.3 三相反应式步进电动机
4. 步进电动机的主要特性 （1） 步距角α。 步进电动机每步转过的角度称为步 距角。 （2） 步距误差Δα。 （3） 距角特性。 （4） 矩频特性。 （5） 运行特性。
定子
转子
ML t
M
Mmax －
－
M
初始
平衡点
＋
0
t
静态稳定区
· 共振区: 当脉冲频率介于低频和高频之间且接近 电动机本身固有的振荡频率时， 电动机将产生强烈的 振荡， 甚至“走一步退两步”， 左右摇摆， 无法正 常工作， 这种情况应设法避免。
转角 3
2
转角 3
C通 电
2
B通 电
A通 电
低频区； (b) 高频区
2） 永磁式步进电动机 永磁式步进电动机的定子由软磁材料制成， 定子 上有励磁绕组； 转子由永久磁铁制成， 步距角一般为 15°、 22.5°、 30°、 45°等。
3） 混合式步进电动机 混合式步进电动机又叫永磁反应式步进电动机， 它在结构和性能上， 兼有反应式步进电动机和永磁式 步进电动机两者的特点， 即具有反应式步进电动机步 距角小、 工作频率高的特点， 又具有永磁式步进电动 机控制功率小、 运行稳定、 断电后有保持转矩的特点， 更适合应用于数控系统中。
3C A
逆 时 针 回 转 30°
B相 通 电
A C 1 B
A C 2 B
1 3
42 B 3 C
B 4
C
A
A
A相 通 电 逆 时 针 回 转 30°C相 通 电 (b)
图9.2 反应式步进电动机工作原理
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。
齿轮箱
工作台
电源
图9.1 步进电动机开环进给伺服系统结构图
图9.1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， 此角度叫做步进电动机 的步距角。 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。