步进电机(步进电机的工作原理)课件.pptVIP

西南科技大学品牌课程数控技术基础主讲教师：马有良联系邮箱

第五章伺服系统第一节概述第二节伺服系统速度控制第三节伺服系统位置控制

第一节概述伺服系统是以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。伺服系统是连接数控系统与数控设备的枢纽，它的性能是影响数控设备精度、稳定性、可靠性、加工效率以及价格等方面的重要因素。1、伺服系统的特点和要求特点:（1）伺服系统的运动来源与偏差信号（2）伺服系统具有负反馈回路（3）伺服运动始终处于过渡过程状态（4）伺服系统具有力(转矩)的放大作用

数控机床对伺服系统的要求：(1)位置精度高(2)调速范围宽(3)快速响应(4)稳定性好(5)低速大转矩2、伺服系统的组成常用的伺服系统有电气伺服系统和液压伺服系统。数控伺服系统由伺服电机，驱动系统，速度检测器，位置检测器以及位置比较电路组成。驱动系统包括从给定值输入到伺服电机或液动机的输出，即伺服电机及其驱动部分。

主轴伺服系统一般为速度控制系统，除具有上述的一般要求外，还应具有以下控制功能：(1)准停控制(2)主轴与进给驱动同步控制(3)分度控制3、伺服系统的分类按调节理论分类(1)开环伺服系统(2)闭环伺服系统(3)半闭环系统

开环伺服系统简图工作台齿轮箱步进电机指令脉冲驱动控制线路

闭环伺服系统简图伺服驱动装置指令工作台位置检测位置控制模块速度控制单元速度环速度检测伺服电机测量反馈

半闭环伺服系统简图指令+位置比较速度控制工作台—速度反馈伺服电机位置反馈

按使用的驱动元件分类(1)电液伺服系统(2)电气伺服系统按使用的伺服电机分类(1)直流伺服系统(2)交流伺服系统按进给驱动和主轴驱动分类(1)进给伺服系统(2)主轴伺服系统按位置控制方式分类(1)脉冲，数字比较伺服系统(2)相位比较伺服系统(3)幅值比较伺服系统(4)全数字伺服系统

第二节伺服系统速度控制为了能够调节机床的切削速度和进给量，机床的主运动、进给运动和辅助运动都需要变速控制。都要求在变速范围内，速度变化连续可调，且精度高、稳定性好。速度控制系统是伺服系统中的重要组成部分，它由速度控制单元、伺服电机、速度检测装置等构成。1、直流伺服系统速度控制直流伺服电机的特性：直流电机的机械特性（静特性）机械特性是指调速系统的输出转速和输出转矩之间的关系，它是衡量调速系统在承受负载时的转速与空载是相比下降的程度的一种指标。

机械特性方程为：2、交流伺服系统速度控制由于直流电机存在许多缺点：结构复杂、制造困难、换向器需要维护、电机高速受到限制等。但交流电机，特别是感应电机没有上述缺点，且转子惯量小，动态特性好。交流同步电动机的转速与所接的电源频率之间存在一种严格的关系，可以方便的改变频率获得可变的速度，和非常硬的机械特性，鼓得到更广泛的应用。

第三节伺服系统位置控制开环控制系统驱动机构数控驱动线路装置环形分配器功率放大器步进电机或电液脉冲马达传动机构机床

步进电机又称脉冲电机，它是一种将数字脉冲信号转换成为具有一角位移或线位移即转变为一种模拟信号的电磁装置，步进电机是开环驱动机构中的一个关键元件。常见的步进电机有反应式步进电机与混合式步进电机两种。1、步进电机的特点（1）步进电机输出的角位移或线位移与输入脉冲数成正比。即每输入一个脉冲，经分配装置使电机转子相应转动一步，且在时间上与输入脉冲同步。（2）转速与脉冲频率成正比。（3）能快速地起动，制动和反转。

（4）转子的转动惯量小，起动，停止时间短。（5）无积累误差，所以定位精度高。右图为三相反应式步进电机结构图；

2、步进电机的工作原理1）工作原理：步进电机的工作原理是按电磁吸引的原理工作的。错齿是其工作的关键，是推动其工作的根本原因。反应式三相步进电机为例加以说明。定子上有六个磁极，每个磁极上绕有励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相，分成A、B、C三相。转子无绕组，它是由带齿的铁心做成的。步进电机是按电磁吸引的原理进行工作的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某一对齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步步转动。

若开始是A相通电，B相、C相断电，由于定子磁场吸引转子，使转子齿与定子A相磁极上的齿对齐，由于电机的结构使三相磁极的在周向相互错开

随后B相通电，A相、C相断电，于是定子磁场吸引转子回转1/3齿距，

再使C相通电，转子又转过1/3齿距，依次通电，步进电机就会按通电顺序方向旋转。

2）、步进电机的通电方式：a：三相单三拍通电顺序为A→B→C→A→B→C由于每次只有一相绕组通电，在切换瞬间将失去自锁转矩，容易失步，易在平衡位置附近产生振荡，稳定性不佳，故实际应用中不采用单三拍工作方式。b：三相双三拍通电顺序为AB→BC→CA或反之AC→CB→BA由于双三拍控制