机电一体化四执行元件及驱动技术步进电机课件.pptVIP

第四章执行元件与驱动技术

第四章执行元件与驱动技术知识点：n机电一体化系统执行元件的特点及类型步进电机的工作原理及驱动技术nnnn直流伺服电机的工作原理及驱动技术交流伺服电机的工作原理及驱动技术

4.1执行元件的特点及类型

4.1.机电控制系统对执行元件的要求nn一般来说，工作机的执行机构要对外界做功，因此必须实现一定的运动和传递必要的动力。通常对执行机构提出如下基本要求：（1）能够实现系统所需的运动。（2）传递必要的动力。（3）保证系统具有良好的动态品质。nnn

机电一体化系统的执行元件应满足以下几项性能要求：n（1）惯量小、动力大；（2）体积小、重量轻；（3）快速性好，加减速扭矩大，频率特性好；（4）位置控制精度高nnnn

4.2步进电机的工作原理及驱动技术步进电机是一种把开关激励的变化变换成精确n的转子位置增量运动的执行机构，它将电脉冲转化为角位移。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步距角）。步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点,因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。n

步进电机的应用开环进给驱动系统

4.2.1结构与工作原理如：三相反应式步进电机。①定子——6个磁极，每两相对磁极上有一相控制绕组。②转子——装有4个凸齿。

2.工作原理1)基本工作原理——就是电磁铁工作原理。

2)通电方式“单”——每次只有一相绕组通电；“双”——每次有两相绕组通电；“拍”——通电次数（即从一种通电状态转到另一种通电状态）。

4.2.2小步距角步进电动机（实际的步进电动机）1.特征：l定子内圆和转子外圆均有齿和槽。l定子和转子的齿宽和齿距相等。2.规定：当一相磁极下定子与转子的齿相对时，下一相磁极下定子与转子齿的位置刚好错开（—齿距，m—相数）。

图所示为步进电动机的展开图。其中定子有6个极，转子有40个齿。当A极下定、转子齿对齐时，B极和C极下的齿就分别和转子齿相错三分之一的转子齿距。

3.公式：l齿距（Z—转子齿数）l步距角（K—状态系数，三拍时，K=1；六拍时，K＝2）例如：Z＝40，三相单三拍运行，则由此可见，转子齿数Z↑（或定子相数m↑，或运行拍数K↑），则，控制越精确。l转速

步进电动机的主要特点：1）步进电动机的输出转角与输入的脉冲个数严格成正比，故控制输入步进电动机的脉冲个数就能控制位移量；2）步进电动机的转速与输入的脉冲频率成正比，只要控制脉冲频率就能调节步进电动机的转速；3）当停止送入脉冲时，只要维持绕组内电流不变，电动机轴可以保持在某固定位置上，不需要机械制动装置；4）改变通电相序即可改变电动机转向；5）步进电动机存在齿间相邻误差，但是不会产生累积误差；6）步进电动机转动惯量小，起动、停止迅速。

4.2.3运行特性1.矩角特性—静态特性反映步进电动机电磁转距T随偏转角变化的关系。。如果在电机轴上外加一个负载转矩Mz，转子会偏离平衡位置向负载转矩方向转过一个角度θ，角度θ称为失调角。有失调角之后，步进电机就产生一个静态转矩（也称为电磁转矩），这时静态转矩等于负载转矩。静态转矩与失调角θ的关系叫矩角特性，，近似为正弦曲线。该矩角特性上的静态转矩最大值称为最大静转矩Tsmax。

4.2.3运行特性2.矩角特性族每一曲线依次错开的电角度θe=2π/km

4.2.3运行特性3.动态特性1)动态稳定区:动稳定区指步进电机从一种通电状态切换到另—种通电状态时，不引起失步的区域。

3.动态特性2)起动转矩Tq:步进电动机能带动的最大负载转矩要比最大静转矩小.电机能带动的最大负载转矩值可由矩角特性族上相邻的两条矩角特性的交点所决定,就是最大负载转矩值，有时也称它为步进电动机的起动转矩.最大负载转矩＝（0.3～0.5）

3.动态特性3)自由振荡过程

3)脉冲信号频率对运行的影响?矩频特性步机的起,是指它在一定负载转矩下，能够不失步地起动的最高脉冲频率步机在起后，当脉冲上升，能不失步运行的最高脉冲率续运行频率.,称为该电机的连图步进电动机的矩频特性1-起动2-连续运行步机的运行率要比起高得多。

运行矩频特性运行曲线起动曲线在这个输出转矩区间，步进电机启动时的输入脉冲频率必须缓慢增加

3)脉冲信号频率对运行的影响(a)频率很低（接近矩形波）；(b)频率增高（波形畸变）；(c)频率很高（I下降到I）。/故过高使步进电动机①启动不起来；②运行时失步而停下。

4.)转子机械惯性对运行的影响?惯频特性步进电动机的起动惯频特性连续运行时的惯频特性受机械惯性作用，在启动阶段，转子落后于应转过的角度，一般会跟上来，严重（）时会启动不起来。在运转时，因惯性作用，经过几次振荡后才停下来，严重时会引起失步。措施：采用