第4章伺服驱动系统课件

第第4章伺服驱动章伺服驱动 系统系统本章概述本章概述 本章首先介绍了伺服系统的组成、工作原理和分类，其次就本章首先介绍了伺服系统的组成、工作原理和分类，其次就检侧元件这一内容重点讲了几种常用的检侧装置，最后介绍检侧元件这一内容重点讲了几种常用的检侧装置，最后介绍了几种常用的伺服执行元件。了几种常用的伺服执行元件。教学目标教学目标1.1.掌握伺服系统的组成，理解其工作原理，掌握其分类掌握伺服系统的组成，理解其工作原理，掌握其分类2.2.知道几种常用的检侧装置。知道几种常用的检侧装置。3.3.明确几种常用的伺服执行元件的分类和优缺点明确几种常用的伺服执行元件的分类和优缺点。下一页第第4章章 数控机床的机械结构数控机床的机械结构4.1伺服系统概述伺服系统概述4.2 检测元件检测元件4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件4.1伺服系统概述伺服系统概述在数控机床中，在数控机床中，CNCCNC系统经过插补运算生成的进给脉冲或进给系统经过插补运算生成的进给脉冲或进给位移量指令，被输入到伺服系统，并由伺服系统经变换和功位移量指令，被输入到伺服系统，并由伺服系统经变换和功率放大转化为机床机械部件的位移。伺服系统是用来精确地率放大转化为机床机械部件的位移。伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统，又称随动系统。在很跟随或复现某个过程的反馈控制系统，又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量多情况下，伺服系统专指被控制量(系统的输出量系统的输出量)是机械位是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移机械位移(或转角或转角)准确地跟踪输入的位移准确地跟踪输入的位移(或转角或转角)。4.1.14.1.1伺服系统的组成和工作原理伺服系统的组成和工作原理 数控机床伺服系统的一般结构如数控机床伺服系统的一般结构如图图4-14-1所示。这是一个双闭所示。这是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。速度环是由速度控环系统，内环是速度环，外环是位置环。速度环是由速度控制单元、速度检测装置、速度反馈电路等组成。其中用作速制单元、速度检测装置、速度反馈电路等组成。其中用作速度反馈的检测装置为测速发电机、脉冲编码器等。速度控制度反馈的检测装置为测速发电机、脉冲编码器等。速度控制单元是一个独立的单元部件，它由速度调节器、电流调节器单元是一个独立的单元部件，它由速度调节器、电流调节器及功率驭动放大器等部分组成。位置环由数控装置中位置控及功率驭动放大器等部分组成。位置环由数控装置中位置控制模块、速度控制单元、位置检测及位置反馈电路等部分组制模块、速度控制单元、位置检测及位置反馈电路等部分组成。位置控制主要是对机床运动坐标轴进行控制，轴控制是成。位置控制主要是对机床运动坐标轴进行控制，轴控制是返回下一页4.1伺服系统概述伺服系统概述要求最高的位置控制，不仅对单个轴的运动速度和位置精度的要求最高的位置控制，不仅对单个轴的运动速度和位置精度的控制有严格要求，在多轴联动时，还要求各移动轴有很好的动控制有严格要求，在多轴联动时，还要求各移动轴有很好的动态配合，才能保证加工效率、加工精度和表面粗糙度。态配合，才能保证加工效率、加工精度和表面粗糙度。图图4-14-1中速度环中的速度检测装置中速度环中的速度检测装置(测速发电机测速发电机)和速度反馈电路和速度反馈电路组成反馈回路，可实现速度恒值控制。测速发电机和伺服电动组成反馈回路，可实现速度恒值控制。测速发电机和伺服电动机同步旋转，若因外负载增大而使伺服电动机的转速下降，则机同步旋转，若因外负载增大而使伺服电动机的转速下降，则测速发电机的转速也随之下降，经速度反馈电路，把转速变化测速发电机的转速也随之下降，经速度反馈电路，把转速变化的信号转变为电信号，传送到速度控制单元，与输入信号进行的信号转变为电信号，传送到速度控制单元，与输入信号进行比较，比较后的差值信号经放大后，产生较大的驭动电压，使比较，比较后的差值信号经放大后，产生较大的驭动电压，使伺服电动机转速上升，恢复到开始的调定转速，从而使伺服电伺服电动机转速上升，恢复到开始的调定转速，从而使伺服电动机排除负载变动的干扰，维持转速恒定不变。该原理图中，动机排除负载变动的干扰，维持转速恒定不变。该原理图中，由速度反馈电路送出的转速信号在速度控制单元中进行比较，由速度反馈电路送出的转速信号在速度控制单元中进行比较，而由位置反馈电路送出的位置信号则是在位置控制模块中进行而由位置反馈电路送出的位置信号则是在位置控制模块中进行比较的。比较的形式也不相同，速度比较是通过硬件电路完成比较的。比较的形式也不相同，速度比较是通过硬件电路完成的，而位置比较是通过软件实现。的，而位置比较是通过软件实现。上一页返回下一页4.1伺服系统概述伺服系统概述4.1.24.1.2伺服系统的分类伺服系统的分类1.1.按使用的驱动元件分类按使用的驱动元件分类(1)(1)电液伺服系统电液伺服系统的执行元件为液压元件，其前电液伺服系统电液伺服系统的执行元件为液压元件，其前一级为电气元件。驱动元件为液动机和液压缸，常用的有电一级为电气元件。驱动元件为液动机和液压缸，常用的有电液脉冲电动机和电液伺服电动机。数控机床发展初期，多采液脉冲电动机和电液伺服电动机。数控机床发展初期，多采用电液伺服系统。电液伺服系统具有在低速下可以得到很高用电液伺服系统。电液伺服系统具有在低速下可以得到很高的输出转矩，以及刚性好、时间常数小、反应快、速度平稳的输出转矩，以及刚性好、时间常数小、反应快、速度平稳等优点。然而，液压系统需要油箱、油管等供油系统，体积等优点。然而，液压系统需要油箱、油管等供油系统，体积大。此外，还有噪声、漏油等问题，故从大。此外，还有噪声、漏油等问题，故从2020世纪世纪7070年代起逐年代起逐渐被电气伺服系统代替。只在具有特殊要求时，才采用电液渐被电气伺服系统代替。只在具有特殊要求时，才采用电液伺服系统。伺服系统。下一页上一页返回4.1伺服系统概述伺服系统概述(2)(2)电气伺服系统电气伺服系统全部采用电子器件，操作维护电气伺服系统电气伺服系统全部采用电子器件，操作维护方便，可靠性高。电气伺服系统中的驭动元件主要有步进电方便，可靠性高。电气伺服系统中的驭动元件主要有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。没有液压系统中动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。没有液压系统中的噪声、污染和维修费用高等问题，但反应速度和低速转矩的噪声、污染和维修费用高等问题，但反应速度和低速转矩不如液压系统高。随着科学技术的发展，电动机的驭动线路不如液压系统高。随着科学技术的发展，电动机的驭动线路及电动机的结构得到了改善，性能也大大提高。目前，电气及电动机的结构得到了改善，性能也大大提高。目前，电气伺服系统已在大范围内取代了液压伺服系统。伺服系统已在大范围内取代了液压伺服系统。2.2.按进给驱动和主轴驱动分类按进给驱动和主轴驱动分类(1)(1)主轴伺服系统严格来说，一般的主轴控制只是一个速度控主轴伺服系统严格来说，一般的主轴控制只是一个速度控制系统。主要实现主轴的旋转运动，提供切削过程中的转矩制系统。主要实现主轴的旋转运动，提供切削过程中的转矩和功率，且保证任意转速的调节，完成在转速范围内的无级和功率，且保证任意转速的调节，完成在转速范围内的无级变速。具有变速。具有C C轴控制的主轴与进给伺服系统一样，为一般概念轴控制的主轴与进给伺服系统一样，为一般概念的位置伺服控制系统。的位置伺服控制系统。上一页 下一页返回4.1伺服系统概述伺服系统概述(2)(2)进给伺服系统进给伺服系统是使一般概念的伺服系统，它进给伺服系统进给伺服系统是使一般概念的伺服系统，它包括速度控制环和位置控制环。进给伺服系统完成各坐标轴包括速度控制环和位置控制环。进给伺服系统完成各坐标轴的进给运动，具有定位和轮廓跟踪功能，是数控机床中要求的进给运动，具有定位和轮廓跟踪功能，是数控机床中要求最高的伺服控制。最高的伺服控制。此外，刀库的位置控制是为了在刀库的不同位置选择刀具，此外，刀库的位置控制是为了在刀库的不同位置选择刀具，与进给坐标轴的位置控制相比，性能要低得多，故称为简易与进给坐标轴的位置控制相比，性能要低得多，故称为简易位置伺服系统。位置伺服系统。3.3.按控制方式分类按控制方式分类伺服系统按控制方式可分为开环、半闭环和闭环三种。开环伺服系统按控制方式可分为开环、半闭环和闭环三种。开环控制不需要位置检测及反馈，半闭环、闭环控制需要位置反控制不需要位置检测及反馈，半闭环、闭环控制需要位置反馈。馈。上一页下一页返回4.1伺服系统概述伺服系统概述（1）开环伺服系统开环伺服系统就是不具有任何反馈装置的开环伺服系统开环伺服系统就是不具有任何反馈装置的伺服系统。这种系统通常用步进电动机作为执行机构。数控伺服系统。这种系统通常用步进电动机作为执行机构。数控装置根据所要求的进给速度和进给位移，输出一定频率和数装置根据所要求的进给速度和进给位移，输出一定频率和数量的进给指令脉冲，经过驭动电路放大后，每一个进给脉冲量的进给指令脉冲，经过驭动电路放大后，每一个进给脉冲驭动步进电动机旋转一个步距角，再经过传动系统转换成工驭动步进电动机旋转一个步距角，再经过传动系统转换成工作台的一个当量位移。由于步进电动机及驭动电路本身结构作台的一个当量位移。由于步进电动机及驭动电路本身结构的缘故，步进电动机开环伺服系统的功率不能太大，电动机的缘故，步进电动机开环伺服系统的功率不能太大，电动机转速也不能太高，一般正常工作转速不超过转速也不能太高，一般正常工作转速不超过1 000 r/min1 000 r/min。开。开环伺服系统结构简单、易于控制，但精度差、低速不平稳、环伺服系统结构简单、易于控制，但精度差、低速不平稳、高速转矩小。一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床。高速转矩小。一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床。图图4-24-2所示为开环伺服系统示意图。所示为开环伺服系统示意图。下一页上一页返回4.1伺服系统概述伺服系统概述(2)(2)闭环伺服系统闭环伺服系统是误差控制随动系统闭环伺服系统闭环伺服系统是误差控制随动系统(见见图图4-4-3 3)。数控机床进给系统的误差，是数控装置输出的位置指令。数控机床进给系统的误差，是数控装置输出的位置指令和机床工作台和机床工作台(或刀架或刀架)实际位置的差值。闭环伺服系统需要实际位置的差值。闭环伺服系统需要有位置检测装置，检测执行元件运动的位置。该装置测出执有位置检测装置，检测执行元件运动的位置。该装置测出执行元件实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给数控行元件实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给数控装置，与指令进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。装置，与指令进行比较，求得误差，依此构成闭环位置控制。由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所由于闭环伺服系统是反馈控制，反馈测量装置精度很高，所以系统传动链误差、环内各元件误差以及运动中造成的误差以系统传动链误差、环内各元件误差以及运动中造成的误差都可以得到补偿，从而大大提高厂跟随精度和定位精度。目都可以得到补偿，从而大大提高厂跟随精度和定位精度。目前，闭环系统的分辨率多为前，闭环系统的分辨率多为1um1um，定位精度可达士，定位精度可达士0.010.01一士一士0.O5 mm;0.O5 mm;高精度系统分辨率可达高精度系统分辨率可达0.1 um0.1 um。系统精度只取决。系统精度只取决于测量装置的制造精度和安装精度。于测量装置的制造精度和安装精度。上一页 下一页返回4.1伺服系统概述伺服系统概述(3)(3)半闭环系统位置检测元件不直接安装在进给坐标的最终运半闭环系统位置检测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上动部件上(见见图图4-44-4),),而是中间经过机械传动部件的位置转而是中间经过机械传动部件的位置转换，称为间接测量，亦即坐标运动的传动链有一部分在位置换，称为间接测量，亦即坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外。在环外的传动误差没有得到系统的补偿，因而伺闭环以外。在环外的传动误差没有得到系统的补偿，因而伺服系统的精度低于闭环系统。服系统的精度低于闭环系统。半闭环和闭环系统的控制结构是一致的，不同点只是闭环伺半闭环和闭环系统的控制结构是一致的，不同点只是闭环伺服系统环内包括较多的机械传动部件，传动误差均可得以补服系统环内包括较多的机械传动部件，传动误差均可得以补偿，从理论上讲精度可以达到很高。但由于受机械变形、温偿，从理论上讲精度可以达到很高。但由于受机械变形、温度变化、振动以及其他因素的影响，系统稳定性难以调整。度变化、振动以及其他因素的影响，系统稳定性难以调整。此外，机床运动一段时间后，由于机械传动部件的磨损、变此外，机床运动一段时间后，由于机械传动部件的磨损、变形及其他因素的改变，容易使系统稳定性改变，精度发生变形及其他因素的改变，容易使系统稳定性改变，精度发生变化。因此，目前使用半闭环系统较多。只在传动部件精密度化。因此，目前使用半闭环系统较多。只在传动部件精密度高、性能稳定、使用过程温差变化不大的高精度数控机床上高、性能稳定、使用过程温差变化不大的高精度数控机床上才使用闭环伺服系统。才使用闭环伺服系统。上一页 下一页返回4.1伺服系统概述伺服系统概述4.4.按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类按使用直流伺服电动机和交流伺服电动机分类(1)(1)直流伺服系统直流伺服系统常用的伺服电动机有小惯量直直流伺服系统直流伺服系统常用的伺服电动机有小惯量直流伺服电动机和永磁直流伺服电动机流伺服电动机和永磁直流伺服电动机(也称为大惯量宽调速直也称为大惯量宽调速直流伺服电动机流伺服电动机)。小惯量直流伺服电动机最大限度地减少了电。小惯量直流伺服电动机最大限度地减少了电动机的转动惯量，所以能获得最好的快速性，在早期的数控动机的转动惯量，所以能获得最好的快速性，在早期的数控机床上应用较多，现在也有应用。小惯量直流伺服电动机一机床上应用较多，现在也有应用。小惯量直流伺服电动机一般都设计成有高的额定转速和低的转动惯量，应用时要经过般都设计成有高的额定转速和低的转动惯量，应用时要经过中间机械传动中间机械传动(如齿轮副如齿轮副)才能与才能与rr杠相连接。杠相连接。永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长时间工作，并且永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长时间工作，并且电动机的转子惯量较大，能直接与电动机的转子惯量较大，能直接与rr杠相连而不需要中间传杠相连而不需要中间传动装置。此外，它还有一个特点是可在低速下运转，如能在动装置。此外，它还有一个特点是可在低速下运转，如能在1 1 r/minr/min甚至甚至0.1r/min0.1r/min下平稳地运转。因此，这种直流伺服系统下平稳地运转。因此，这种直流伺服系统在数控机床上获得厂广泛的应用，在数控机床上获得厂广泛的应用，2020世纪世纪7070年代至年代至8080年代中年代中期，在数控机床上的应用占绝对统治地位。至今，仍有许多期，在数控机床上的应用占绝对统治地位。至今，仍有许多数控机床上使用这种电动机直流伺服系统。永磁直流伺服电数控机床上使用这种电动机直流伺服系统。永磁直流伺服电动机的缺点是有电刷，限制动机的缺点是有电刷，限制r r转速的提高转速的提高(一般额定转速为一般额定转速为1 1 000-1 500r/min)000-1 500r/min)，而且结构复杂，价格较贵。，而且结构复杂，价格较贵。上一页 下一页返回4.1伺服系统概述伺服系统概述(2)交流伺服系统交流伺服系统使用交流异步电动机交流伺服系统交流伺服系统使用交流异步电动机(一般用一般用于主轴伺服电动机于主轴伺服电动机)和永磁同步伺服电动机和永磁同步伺服电动机(一般用于进给伺一般用于进给伺服电动机服电动机)。由于直流伺服电动机存在一些固有的缺点，其应。由于直流伺服电动机存在一些固有的缺点，其应用受到限制。交流伺服电动机没有这些缺点，且转子惯量较用受到限制。交流伺服电动机没有这些缺点，且转子惯量较直流电动机小，动态响应好。另外，在同样体积下，交流电直流电动机小，动态响应好。另外，在同样体积下，交流电动机的输出功率可比直流电动机提高动机的输出功率可比直流电动机提高10%-70%。交流。交流电动机的容量也比直流电动机大，可以达到更高的电压和转电动机的容量也比直流电动机大，可以达到更高的电压和转速。因此，交流伺服系统得到厂迅速发展，已经形成潮流。速。因此，交流伺服系统得到厂迅速发展，已经形成潮流。从从20世纪世纪80年代后期开始，数控机床大量使用交流伺服系年代后期开始，数控机床大量使用交流伺服系统。目前有些国家已全部使用交流伺服系统。统。目前有些国家已全部使用交流伺服系统。上一页 下一页返回4.1伺服系统概述伺服系统概述4.1.34.1.3伺服系统的基本要求伺服系统的基本要求1.1.精度高精度高伺服系统的精度是指愉出量能复现愉入量的精密程度。数控伺服系统的精度是指愉出量能复现愉入量的精密程度。数控加工对定位精度和轮廊加工精度要求都比较高，定位精度一加工对定位精度和轮廊加工精度要求都比较高，定位精度一般为般为0.O1-0.001mm0.O1-0.001mm，甚至可达，甚至可达0.1um0.1um轮廊加工精度与速度控制、轮廊加工精度与速度控制、联动坐标的协调一致等有关。在速度控制中，要求高的调速联动坐标的协调一致等有关。在速度控制中，要求高的调速精度及比较强的抗负载扰动能力。即对静态、动态精度要求精度及比较强的抗负载扰动能力。即对静态、动态精度要求比较高。比较高。2.2.响应快响应快快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。为了保证轮廊加工的形状精度和低的表面粗糙度，跟踪精度。为了保证轮廊加工的形状精度和低的表面粗糙度，要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快。这一方面要求过渡要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快。这一方面要求过渡过程时间要短，一般在过程时间要短，一般在200ms200ms以内，甚至小于几十毫秒以内，甚至小于几十毫秒;另一另一方面要求超调小。这两方面的要求往往是矛盾的，实际应用方面要求超调小。这两方面的要求往往是矛盾的，实际应用中要采取相应措施，按加工工艺要求作出适当的选择。中要采取相应措施，按加工工艺要求作出适当的选择。上一页 下一页返回4.1伺服系统概述伺服系统概述 3.3.稳定性好稳定性好稳定是指系统在给定愉入或外界干扰作用下，能在短暂的调稳定是指系统在给定愉入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者陇复到原来的平衡状态。要求伺服节过程后，达到新的或者陇复到原来的平衡状态。要求伺服系统有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳。稳定系统有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳。稳定性直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。性直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。4.4.调速范围宽调速范围宽调速范围调速范围R RN N是指电动机能提供的最高转速是指电动机能提供的最高转速n nmaxmax，和最低转速，和最低转速n nminmin之比。通常之比。通常R RN=N=n nmaxmax/n nminmin(1)(1)进给伺服系统的调速要求在数控机床中，由于加工用刀具、进给伺服系统的调速要求在数控机床中，由于加工用刀具、被加工材料及工件加工要求的不同，为保证在任何情况下都被加工材料及工件加工要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，要求伺服系统具有足够宽的调速范围。能得到最佳切削条件，要求伺服系统具有足够宽的调速范围。目前，最先进的水平是，在进给速度范围已达到脉冲量为目前，最先进的水平是，在进给速度范围已达到脉冲量为0.0.001mm001mm的情况下，进给速度从。的情况下，进给速度从。0-240m/min0-240m/min连续可调。但对于连续可调。但对于一般数控机床而言，要求进给伺服系统在一般数控机床而言，要求进给伺服系统在0-24m/min0-24m/min进给速度进给速度下都能工作就足够了，而且可以分为以下几种状态下都能工作就足够了，而且可以分为以下几种状态:上一页 下一页返回4.1伺服系统概述伺服系统概述.在在-24000mm/min-24000mm/min范围，即范围，即1:240001:24000调速范围内，要求速度调速范围内，要求速度均匀、平稳、无爬行，且速降要小均匀、平稳、无爬行，且速降要小;在在1mm/min1mm/min以下时，具有一定的瞬时速度，而平均速度很低以下时，具有一定的瞬时速度，而平均速度很低;.在零速时，即工作台停止运动时，要求电动机有电磁转矩，在零速时，即工作台停止运动时，要求电动机有电磁转矩，以维持定位精度满足系统的要求，也就是说，应处于伺服锁以维持定位精度满足系统的要求，也就是说，应处于伺服锁定状态。定状态。5.5.低速大转矩低速大转矩机床加工的特点是，在低速时进行重切削。因此，要求伺服机床加工的特点是，在低速时进行重切削。因此，要求伺服系统在低速时要有大的转矩输出。进给坐标的伺服控制属于系统在低速时要有大的转矩输出。进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制恒转矩控制;而主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，而主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，在高速时为恒功率控制。在高速时为恒功率控制。(2)(2)主轴调速范围要求主轴伺服系统主要是速度控制，它要求主轴调速范围要求主轴伺服系统主要是速度控制，它要求1:100-1:10001:100-1:1000范围内的恒定转矩调速和范围内的恒定转矩调速和1:101:10以上的恒功率调以上的恒功率调速，而且要保证足够大的输出功率。速，而且要保证足够大的输出功率。上一页返回4.2 检测元件检测元件检测元件是数控系统的重要组成部分，在闭环数控系统中，检测元件是数控系统的重要组成部分，在闭环数控系统中，必须利用位置检测装置把机床运动部件的实际位移量随时检必须利用位置检测装置把机床运动部件的实际位移量随时检测出来，与给定的控制值测出来，与给定的控制值(指令信号指令信号)进行比较，从而控制驭进行比较，从而控制驭动元件正确运转，使工作台动元件正确运转，使工作台(或刀具或刀具)按规定的轨迹和坐标移按规定的轨迹和坐标移动。数控机床加工中的位置精度，主要取决于数控机床驭动动。数控机床加工中的位置精度，主要取决于数控机床驭动元件和位置检测装置的精度，因此，检测装置是数控机床的元件和位置检测装置的精度，因此，检测装置是数控机床的关键部件之一，它对于提高数控机床的加工精度有决定性的关键部件之一，它对于提高数控机床的加工精度有决定性的作用。作用。4.2.14.2.1检测元件的分类检测元件的分类根据检测元件的安装位置及机床运动部件的藕合方式，可分根据检测元件的安装位置及机床运动部件的藕合方式，可分为直接测量和间接测量装置两种。间接测量精度低，需要增为直接测量和间接测量装置两种。间接测量精度低，需要增加补偿措施。加补偿措施。图图4-54-5所示为直接和间接测量的方法。从绝对所示为直接和间接测量的方法。从绝对测量和增量测量的角度分，可分为增量型和绝对型检测装置。测量和增量测量的角度分，可分为增量型和绝对型检测装置。从检测装置输出信号的类型分，又可分为数字式和模拟式两从检测装置输出信号的类型分，又可分为数字式和模拟式两大类。大类。数控机床和机床数字显示装置常用的位置检测装置见数控机床和机床数字显示装置常用的位置检测装置见表表4-1.下一页返回4.2 检测元件检测元件数控机床除厂进行位置检测外，还要进行速度检测。其日的数控机床除厂进行位置检测外，还要进行速度检测。其日的是精确地控制转速。速度检测装置常用测速发电机、回转式是精确地控制转速。速度检测装置常用测速发电机、回转式脉冲发生器、脉冲编码器和脉冲发生器、脉冲编码器和“频率一电压变换频率一电压变换”回路产生速回路产生速度检测信号。度检测信号。数控机床对检测装置的主要要求有数控机床对检测装置的主要要求有:.工作可靠，抗干扰性强工作可靠，抗干扰性强;.使用维护方便，适应机床的工作环境使用维护方便，适应机床的工作环境;.满足精度和速度的要求满足精度和速度的要求;.成本低。成本低。不同类型的数控机床对检测装置的精度和适应的速度要求是不同类型的数控机床对检测装置的精度和适应的速度要求是不同的。大型机床以满足速度要求为主，中小型机床和高精不同的。大型机床以满足速度要求为主，中小型机床和高精度机床以满足精度要求为主。测量系统的分辨率要比加工精度机床以满足精度要求为主。测量系统的分辨率要比加工精度高一个数量级。度高一个数量级。上一页 下一页返回4.2 检测元件检测元件4.2.24.2.2几种常用检测装置几种常用检测装置1.1.脉冲编码器脉冲编码器脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角转化成脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，能把机械转角转化成脉冲，是数控机床上使用很广泛的位置检测装置。同时也可脉冲，是数控机床上使用很广泛的位置检测装置。同时也可作为速度检测装置用于速度检测。作为速度检测装置用于速度检测。脉冲编码器分光电式、接触式和磁感应式三种。从精度和可脉冲编码器分光电式、接触式和磁感应式三种。从精度和可靠性方面来看，光电式脉冲编码器优于其他两种。数控机床靠性方面来看，光电式脉冲编码器优于其他两种。数控机床上主要用光电式脉冲编码器。上主要用光电式脉冲编码器。脉冲编码器是一种增量检测装置，它的型号是由每转发出的脉冲编码器是一种增量检测装置，它的型号是由每转发出的脉冲数来区分。数控机床上常用的脉冲编码器有脉冲数来区分。数控机床上常用的脉冲编码器有2OOOp/r,2 2OOOp/r,2 500p/r500p/r和和3000 p/r3000 p/r等。在高速、高精度数字伺服系统中，应等。在高速、高精度数字伺服系统中，应用高分辨率的脉冲编码器，如用高分辨率的脉冲编码器，如2OOOp/r,2500p/r2OOOp/r,2500p/r和和3000p/r3000p/r等。等。现在已使用了每转发现在已使用了每转发1010万个脉冲的脉冲编码器，该编码器装万个脉冲的脉冲编码器，该编码器装置内部应用了微处理器。置内部应用了微处理器。上一页 下一页返回4.2 检测元件检测元件光电脉冲编码器的结构如光电脉冲编码器的结构如图图4-64-6所示，在一个圆盘的圆周上所示，在一个圆盘的圆周上刻有等间距线纹，分为透明和不透明两部分，称为圆光栅。刻有等间距线纹，分为透明和不透明两部分，称为圆光栅。圆光栅与工作轴一起旋转。与圆光栅相对的、平行放置一个圆光栅与工作轴一起旋转。与圆光栅相对的、平行放置一个固定的扇形薄片，称为指示光栅，上面制有相差固定的扇形薄片，称为指示光栅，上面制有相差1/41/4节距的两节距的两个狭隙个狭隙(在同一周上，称为辨向狭隙在同一周上，称为辨向狭隙)。此外，还有一个零位。此外，还有一个零位狭隙狭隙(移转发出一个脉冲移转发出一个脉冲)。脉冲编码器通过十字连接头或键。脉冲编码器通过十字连接头或键与伺服电动机相连，它的法与伺服电动机相连，它的法“今盘固定在电动机端面上，罩今盘固定在电动机端面上，罩上防护罩，构成一个完整的检测装置。上防护罩，构成一个完整的检测装置。2.2.旋转变压器旋转变压器(1)(1)旋转变压器的结构旋转变压器是一种小型精密交流电动机，旋转变压器的结构旋转变压器是一种小型精密交流电动机，结构与二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成，分结构与二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成，分有刷结构和无刷结构两种。在有刷结构中，定子与转子上均有刷结构和无刷结构两种。在有刷结构中，定子与转子上均为两相交流分布绕组。二相绕组轴线相互垂直，转子绕组的为两相交流分布绕组。二相绕组轴线相互垂直，转子绕组的端点通过电刷和滑环引出。无刷旋转变压器没有电刷与滑环，端点通过电刷和滑环引出。无刷旋转变压器没有电刷与滑环，由两大部分组成由两大部分组成:一部分叫做分解器，其结构与有刷一部分叫做分解器，其结构与有刷上一页 下一页返回4.2 检测元件检测元件旋转变压器基本相同旋转变压器基本相同;另一部分叫变压器，它的一次绕组绕在另一部分叫变压器，它的一次绕组绕在与分解器转子轴固定在一起的线轴与分解器转子轴固定在一起的线轴(高导磁材料高导磁材料)上，与转子上，与转子一起转动一起转动;它的二次绕组绕在与转子同心的定子轴线上。分解它的二次绕组绕在与转子同心的定子轴线上。分解器定子线圈接外加的励磁电压，它的转子线圈输出信号接在器定子线圈接外加的励磁电压，它的转子线圈输出信号接在变压器的一次绕组，从变压器的二次绕组引出最后的输出信变压器的一次绕组，从变压器的二次绕组引出最后的输出信号。无刷旋转变压器结构如号。无刷旋转变压器结构如图图4-74-7所示，它具有可靠性高、寿所示，它具有可靠性高、寿命长、不用维修。以及输出信号大等特点，是数控机床常用命长、不用维修。以及输出信号大等特点，是数控机床常用的位置检测装置之一。的位置检测装置之一。上一页 下一页返回4.2 检测元件检测元件(2)(2)旋转变压器的应用旋转变压器作为位置检测装置，有两种旋转变压器的应用旋转变压器作为位置检测装置，有两种应用方法应用方法:鉴相式工作方式和鉴幅式工作方式。鉴相式工作方式和鉴幅式工作方式。.鉴相式工作方式在此状态下，旋转变压器定子两相正向绕组鉴相式工作方式在此状态下，旋转变压器定子两相正向绕组分别加上幅值相等、频率相同，而相位差为分别加上幅值相等、频率相同，而相位差为9090的正弦交流的正弦交流电压。旋转变压器转子绕组中的感应电动势与定子绕组中的电压。旋转变压器转子绕组中的感应电动势与定子绕组中的励磁电压同频率，但相位不同。测量转子绕组愉出电压的相励磁电压同频率，但相位不同。测量转子绕组愉出电压的相位角，即可测量得转子相对于定子的空间转角位置。在实际位角，即可测量得转子相对于定子的空间转角位置。在实际应用中，把定子正弦绕组励磁的交流电压相位作为基准相位，应用中，把定子正弦绕组励磁的交流电压相位作为基准相位，与转子绕组愉出电压进行比较，来确定转子转角的位置。与转子绕组愉出电压进行比较，来确定转子转角的位置。.鉴幅式工作方式在这种工作方式中，定子二相绕组加的是频鉴幅式工作方式在这种工作方式中，定子二相绕组加的是频率相同、相位角相同，而幅值分别按正弦、余弦变化的交流率相同、相位角相同，而幅值分别按正弦、余弦变化的交流电压。电压。上一页 下一页返回4.2 检测元件检测元件3.3.感应同步器感应同步器(1)(1)感应同步器的组成和工作原理感应同步器是一种电磁感应感应同步器的组成和工作原理感应同步器是一种电磁感应式的高精度位移检测装置，实质上，它是多极旋转变压器的式的高精度位移检测装置，实质上，它是多极旋转变压器的展开形式。感应同步器分为旋转式和直线式两种，前者用于展开形式。感应同步器分为旋转式和直线式两种，前者用于角度测量，后者用于长度测量，两者工作原理相同。角度测量，后者用于长度测量，两者工作原理相同。直线式感应同步器由定尺和滑尺两部分组成。定尺与滑尺之直线式感应同步器由定尺和滑尺两部分组成。定尺与滑尺之间有均匀的气隙，在定尺表面制有连续平面绕组，绕组节距间有均匀的气隙，在定尺表面制有连续平面绕组，绕组节距为尸。滑尺上制有两组分段绕组，分别称为正弦绕组和余弦为尸。滑尺上制有两组分段绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕组，它们相对于定尺绕组在空间错开绕组，它们相对于定尺绕组在空间错开1/41/4节距。定尺和滑尺节距。定尺和滑尺绕组的结构如绕组的结构如图图4-84-8所示。所示。定尺和滑尺的基板通常采用与机床床身材料热膨胀系数相近定尺和滑尺的基板通常采用与机床床身材料热膨胀系数相近的钢板，用绝缘钻结剂把铜箔粘在钢板上，经精密的照相腐的钢板，用绝缘钻结剂把铜箔粘在钢板上，经精密的照相腐蚀工艺制成印制绕组，再在尺子表面上涂一层保护层。滑尺蚀工艺制成印制绕组，再在尺子表面上涂一层保护层。滑尺表面有时还粘上一层带绝缘的铝箔，以防静电感应。表面有时还粘上一层带绝缘的铝箔，以防静电感应。上一页 下一页返回4.2 检测元件检测元件(2)(2)感应同步器的特点感应同步器的特点精度高，因为定尺的节距误差有平均自补偿作用，所以尺精度高，因为定尺的节距误差有平均自补偿作用，所以尺子本身的精度能做得很高子本身的精度能做得很高;.工作可靠，抗干扰能力强，在感应同步器绕组的每个周期内，工作可靠，抗干扰能力强，在感应同步器绕组的每个周期内，测量信号与绝对位置有一一对应的单值关系，不受干扰影响测量信号与绝对位置有一一对应的单值关系，不受干扰影响;维护简单，寿命长，定尺和滑尺之间无接触磨损，在机床维护简单，寿命长，定尺和滑尺之间无接触磨损，在机床上安装简单。使用时需要加防护罩，防止切屑进入定、滑尺上安装简单。使用时需要加防护罩，防止切屑进入定、滑尺之间划伤导片，不受灰尘、油雾影响之间划伤导片，不受灰尘、油雾影响;.测量距离长，可侧量长距离位移，机床移动基本不受限制，测量距离长，可侧量长距离位移，机床移动基本不受限制，故适合大、中型机床使用故适合大、中型机床使用;成本低，易于生产成本低，易于生产;.与旋转变压器相比，感应同步器的输出信号比较微弱，需与旋转变压器相比，感应同步器的输出信号比较微弱，需要一个放大倍数很高的前置放大器。要一个放大倍数很高的前置放大器。按供给滑尺两个正交绕组励磁的不同信号，感应同步器的测按供给滑尺两个正交绕组励磁的不同信号，感应同步器的测量方式分为鉴相测量方式和鉴幅测量方式。量方式分为鉴相测量方式和鉴幅测量方式。上一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件4.3.14.3.1直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机主要有以下儿种直流伺服电动机主要有以下儿种:永磁式直流伺服电动机、小永磁式直流伺服电动机、小惯量直流伺服电动机、改进型直流伺服电动机和无刷直流伺惯量直流伺服电动机、改进型直流伺服电动机和无刷直流伺服电动机等。应用较广泛的是永磁式直流伺服电动机和小惯服电动机等。应用较广泛的是永磁式直流伺服电动机和小惯量直流伺服电动机。量直流伺服电动机。1.1.永磁式直流伺服电动机永磁式直流伺服电动机永磁式直流伺服电动机是指以永磁材料获得励磁磁场的一类永磁式直流伺服电动机是指以永磁材料获得励磁磁场的一类直流电动机，也叫大惯量宽调速直流伺服电动机。直流电动机，也叫大惯量宽调速直流伺服电动机。下一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件永磁式直流伺服电动机具有体积小、转矩大、转矩和电流成永磁式直流伺服电动机具有体积小、转矩大、转矩和电流成正比、伺服性能好、反应迅速、功率体积比大、功率质量比正比、伺服性能好、反应迅速、功率体积比大、功率质量比大、稳定性好等优点。永磁式直流伺服电动机能在较大过载大、稳定性好等优点。永磁式直流伺服电动机能在较大过载转矩下长时间工作。它的转子惯量较大，可以直接与丝杠相转矩下长时间工作。它的转子惯量较大，可以直接与丝杠相连而不需要中间传动装置。永磁式直流伺服电动机的缺点是连而不需要中间传动装置。永磁式直流伺服电动机的缺点是需要电刷，限制厂电动机转速的提高，一般转速为需要电刷，限制厂电动机转速的提高，一般转速为1 0001 1 0001 500 r/min500 r/min。在。在2020世纪七八十年代，永磁式直流伺服电动机伺世纪七八十年代，永磁式直流伺服电动机伺服系统是数控机床应用最广泛的一种电气伺服系统。服系统是数控机床应用最广泛的一种电气伺服系统。永磁式直流伺服电动机的结构与一般直流电动机相似，但电永磁式直流伺服电动机的结构与一般直流电动机相似，但电枢铁心长度与直径的比值大，气隙较小，在相同功率的情况枢铁心长度与直径的比值大，气隙较小，在相同功率的情况下，转子惯量较小。下，转子惯量较小。上一页 下一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件2.2.小惯量直流伺服电动机小惯量直流伺服电动机小惯量直流伺服电动机具有较小的转动惯量，适用于要求快小惯量直流伺服电动机具有较小的转动惯量，适用于要求快速响应的伺服系统。但其过载能力低，电枢惯量与机械传动速响应的伺服系统。但其过载能力低，电枢惯量与机械传动系统匹配较差。小惯量直流伺服电动机主要有以下儿种类型系统匹配较差。小惯量直流伺服电动机主要有以下儿种类型:(1)(1)无槽电枢直流伺服电动机无槽电枢直流伺服电动机的励磁无槽电枢直流伺服电动机无槽电枢直流伺服电动机的励磁方式为电磁式或永磁式，其电枢铁芯为光滑圆柱体，电枢绕方式为电磁式或永磁式，其电枢铁芯为光滑圆柱体，电枢绕组用耐热环氧树脂固定在圆柱体铁芯表面，气隙大。组用耐热环氧树脂固定在圆柱体铁芯表面，气隙大。无槽电枢直流伺服电动机除具有一般直流伺服电动机的特点无槽电枢直流伺服电动机除具有一般直流伺服电动机的特点外，还具有转动惯量小、时间常数小、换向良好等优点，一外，还具有转动惯量小、时间常数小、换向良好等优点，一般用于需要快速动作、功率较大的伺服系统。般用于需要快速动作、功率较大的伺服系统。(2)(2)空心杯电枢直流伺服电动机空心杯电枢直流伺服电动机的空心杯电枢直流伺服电动机空心杯电枢直流伺服电动机的励磁方式采用永磁式，其电枢绕组用环氧树脂浇注成杯形，励磁方式采用永磁式，其电枢绕组用环氧树脂浇注成杯形，空心杯电枢内外两侧均有铁芯构成磁路。空心杯电枢内外两侧均有铁芯构成磁路。空心杯电枢直流伺服电动机用于需要快速动作的电气伺服系空心杯电枢直流伺服电动机用于需要快速动作的电气伺服系统，如用在机器人的腕、臂关节及其他高精度伺服系统中。统，如用在机器人的腕、臂关节及其他高精度伺服系统中。上一页 下一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件(3)(3)印制绕组直流伺服电动机印制绕组直流伺服电动机的励磁印制绕组直流伺服电动机印制绕组直流伺服电动机的励磁方式采用永磁式，在圆形绝缘薄板上，印制裸露的绕组构成方式采用永磁式，在圆形绝缘薄板上，印制裸露的绕组构成电枢，磁极轴向安装，具有扇面极靴。印制绕组直流伺服电电枢，磁极轴向安装，具有扇面极靴。印制绕组直流伺服电动机换向性能好，旋转平稳，时间常数小，具有快速响应特动机换向性能好，旋转平稳，时间常数小，具有快速响应特性，低速运转性能好，能承受频繁的可逆运转，适用于低速性，低速运转性能好，能承受频繁的可逆运转，适用于低速和启动、反转频繁的电气伺服系统，如机器人关节控制。和启动、反转频繁的电气伺服系统，如机器人关节控制。直流伺服的工作原理是建立在电磁力定律基础上。与电磁转直流伺服的工作原理是建立在电磁力定律基础上。与电磁转矩相关的是互相独立的两个变量主磁通与电枢电流，它们分矩相关的是互相独立的两个变量主磁通与电枢电流，它们分别控制励磁电流与电枢电流，可方便地进行转矩与转速控制。别控制励磁电流与电枢电流，可方便地进行转矩与转速控制。从控制角度看，直流伺服的控制是一个单输入、单输出的单从控制角度看，直流伺服的控制是一个单输入、单输出的单变量控制系统，经典控制理论完全适用于这种系统，因此，变量控制系统，经典控制理论完全适用于这种系统，因此，直流伺服系统控制简单，调速性能优异，在数控机床的进给直流伺服系统控制简单，调速性能优异，在数控机床的进给驭动中曾占据着主导地位。驭动中曾占据着主导地位。上一页 下一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件4.3.24.3.2交流伺服电动机交流伺服电动机1.1.同步交流伺服电动机同步交流伺服电动机同步交流伺服电动机由永磁同步电动机、转子位置传感器、同步交流伺服电动机由永磁同步电动机、转子位置传感器、速度传感器等组成。永磁交流伺服电动机与永磁直流伺服电速度传感器等组成。永磁交流伺服电动机与永磁直流伺服电动机不同之处，在于用转子位置传感器取代厂直流伺服电动动机不同之处，在于用转子位置传感器取代厂直流伺服电动机整流子和电刷的机械换向。因此，无此项维护要求，且没机整流子和电刷的机械换向。因此，无此项维护要求，且没有机械换向造成的电火花，能用在有腐蚀性、易燃易爆气体有机械换向造成的电火花，能用在有腐蚀性、易燃易爆气体的环境。的环境。2.2.异步交流伺服电动机异步交流伺服电动机异步交流伺服电动机采用感应式电动机，它的笼型转子结构异步交流伺服电动机采用感应式电动机，它的笼型转子结构简单、坚固，电动机价格便宜，过载能力强。但与同步交流简单、坚固，电动机价格便宜，过载能力强。但与同步交流伺服电动机相比，其效率低、体积大，转子有较明显的损耗伺服电动机相比，其效率低、体积大，转子有较明显的损耗和发热，且需要供给无功励磁电流，因而要求驭动功率大。和发热，且需要供给无功励磁电流，因而要求驭动功率大。最困难的是控制系统非常复杂。最困难的是控制系统非常复杂。上一页 下一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件交流伺服电动机没有直流伺服电动机上述的缺点，而且转子交流伺服电动机没有直流伺服电动机上述的缺点，而且转子惯量比直流伺服电动机小，动态响应好。在同样体积下，交惯量比直流伺服电动机小，动态响应好。在同样体积下，交流伺服电动机的输出功率可比直流伺服电动机提高流伺服电动机的输出功率可比直流伺服电动机提高10%-70%10%-70%。交流伺服电动机的容量可以比直流伺服电动机大，达到更高交流伺服电动机的容量可以比直流伺服电动机大，达到更高的电压和转速。例如，的电压和转速。例如，SIEMENSSIEMENS公司生产的公司生产的1 FTS1 FTS系列的永磁系列的永磁交流伺服电动机供电电压为交流伺服电动机供电电压为600V600V，最高转速可达，最高转速可达6000r/min6000r/min。从从2020世纪世纪8080年代后期开始，交流伺服电动机逐渐替代直流伺年代后期开始，交流伺服电动机逐渐替代直流伺服电动机占据主要地位。服电动机占据主要地位。上一页 下一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件4.3.34.3.3步进电动机步进电动机步进电动机可分为反应式步进电动机、永磁式步进电动机和步进电动机可分为反应式步进电动机、永磁式步进电动机和永磁感应子式步进电动机三种。永磁感应子式步进电动机三种。1.1.反应式步进电动机反应式步进电动机反应式步进电动机又叫做可变磁阻式步进电动机。反应式步反应式步进电动机又叫做可变磁阻式步进电动机。反应式步进电动机结构较简单，进电动机结构较简单，图图4-94-9所示为一台三相反应式步进电所示为一台三相反应式步进电动机的结构原理。它的定子上有三对磁极，每一对磁极上绕动机的结构原理。它的定子上有三对磁极，每一对磁极上绕着一相绕组，三相绕组接成星形着一相绕组，三相绕组接成星形;转子铁芯及定子极靴上均有转子铁芯及定子极靴上均有小齿，定转子齿距通常相等小齿，定转子齿距通常相等;定转子间有很小的气隙定转子间有很小的气隙;转子铁转子铁芯上没有绕组，转子齿数有一定限制，图芯上没有绕组，转子齿数有一定限制，图4-9(a)4-9(a)中所示的中所示的转子齿数为转子齿数为:l=40:l=40，每一个齿距对应的空间角度为，每一个齿距对应的空间角度为360/40 360/40=90=90。反应式步进电动机可以做成不同的相数，例如反应式步进电动机可以做成不同的相数，例如4,5,6,84,5,6,8相相等均可，其基本工作原理与三相时相同。等均可，其基本工作原理与三相时相同。下一页上一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件反应式步进电动机的特点反应式步进电动机的特点:步距角小，因为反应式步进电动机定转子是采用软磁材料制成步距角小，因为反应式步进电动机定转子是采用软磁材料制成的，在机械加工所能允许的最小步距情况下，转子的齿数可的，在机械加工所能允许的最小步距情况下，转子的齿数可以做得很多以做得很多;.励磁电流较大，要求驱动电源功率较大励磁电流较大，要求驱动电源功率较大;电动机的内部阻尼较小，当相数较少时，单步运行振荡时电动机的内部阻尼较小，当相数较少时，单步运行振荡时间较长间较长;.断电后无定位转矩、断电后无定位转矩、2.2.永磁式步进电动机永磁式步进电动机永磁式步进电动机是转子或定子的某一方具有永久磁钢的步永磁式步进电动机是转子或定子的某一方具有永久磁钢的步进电动机，另一方由软磁材料制成。绕组轮流通电，建立的进电动机，另一方由软磁材料制成。绕组轮流通电，建立的磁场与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。磁场与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。下一页上一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件永磁式步进电动机的结构原理如图永磁式步进电动机的结构原理如图4-9 (b)4-9 (b)所示。定子上所示。定子上为两相或多相绕组，转子为一极或多极的星形磁钢，转子磁为两相或多相绕组，转子为一极或多极的星形磁钢，转子磁钢的极数与定子钢的极数与定子(每相每相)绕组的极数相同。从图绕组的极数相同。从图4-9(b)4-9(b)中可以中可以看出，当定子绕组按看出，当定子绕组按A-B-AA-B-A的次序轮流通电时，转子将按顺时的次序轮流通电时，转子将按顺时针方向，每改变一次通电状态转过针方向，每改变一次通电状态转过4545。空间角度，即步距角。空间角度，即步距角为为4545。永磁式步进电动机的特点永磁式步进电动机的特点:步距角大，一般为步距角大，一般为150,22.50,300,450,90150,22.50,300,450,90。等，这是。等，这是因为在一个圆周上能形成的磁极数受到极弧尺寸的限制，所因为在一个圆周上能形成的磁极数受到极弧尺寸的限制，所以永磁式步进电动机的步距角不能太小，以永磁式步进电动机的步距角不能太小，5 5。以下的很少见。以下的很少见;控制功率小，效率高控制功率小，效率高;.内阻尼较大，单步振荡时间短内阻尼较大，单步振荡时间短;断电后具有一定的定位转矩。断电后具有一定的定位转矩。上一页 下一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件3.3.永磁感应子式步进电动机永磁感应子式步进电动机永磁感应子式步进电动机从其磁路内含有永久磁钢这点来看，永磁感应子式步进电动机从其磁路内含有永久磁钢这点来看，可以说它是永磁式步进电动机。但因其结构不同，其作用原可以说它是永磁式步进电动机。但因其结构不同，其作用原理以及性能都与永磁式步进电动机有明显的区别。从定子或理以及性能都与永磁式步进电动机有明显的区别。从定子或转子的导磁性来看，又如同反应式和永磁式步进电动机的结转子的导磁性来看，又如同反应式和永磁式步进电动机的结合。所以常称此类电动机为混合式步进电动机。合。所以常称此类电动机为混合式步进电动机。永磁感应子式步进电动机可以制造成像反应式步进电动机一永磁感应子式步进电动机可以制造成像反应式步进电动机一样的小步距，也具有永磁式步进电动机控制功率小的优点。样的小步距，也具有永磁式步进电动机控制功率小的优点。永磁感应子式步进电动机常常也作为低速同步电动机运行。永磁感应子式步进电动机常常也作为低速同步电动机运行。永磁感应子式步进电动机代表了步进电动机的最新发展。永磁感应子式步进电动机代表了步进电动机的最新发展。上一页 下一页返回4.3 常用伺服执行元件常用伺服执行元件永磁感应子式步进电动机的典型结构如永磁感应子式步进电动机的典型结构如图图4-104-10所示。它的定所示。它的定子结构与反应式步进电动机基本相同，即分成若干极，极上子结构与反应式步进电动机基本相同，即分成若干极，极上有小齿及控制线圈。转子由环形磁钢及两段铁芯组成，环形有小齿及控制线圈。转子由环形磁钢及两段铁芯组成，环形磁钢在转子的中部，轴向充磁，两段铁芯分别装在磁钢的两磁钢在转子的中部，轴向充磁，两段铁芯分别装在磁钢的两端，转子铁芯上也有反应式步进电动机那样的小齿，但两段端，转子铁芯上也有反应式步进电动机那样的小齿，但两段铁芯上的小齿相互错开半个齿距，定转子小齿的齿距通常才铁芯上的小齿相互错开半个齿距，定转子小齿的齿距通常才相同。相同。步进伺服是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成步进伺服是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成相应的角位移的控制系统。步进伺服结构简单，符合系统数相应的角位移的控制系统。步进伺服结构简单，符合系统