机械电气控制课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,速度伺服控制,位置伺服控制,2.电机伺服系统的基本要求,精度高（0.010.001mm),响应快（小的跟踪误差）,调速范围宽（1：100，1：1000）,低速大转距(电机可以直接连丝杠),较强的过载能力(数分钟内,电枢电流大于额定值46倍),能频繁起停,正反向运动,1.伺服系统类型,开环、闭环、半闭环,交流伺服,、直流伺服、,步进,、液压、气压伺服,电机伺服系统概述,恫汐工滴胞棕丑虽舀惺殃踪拙瘟斧栏夯辊晃真班魁峰肪菏匠心吓腐傣宏乎机械电气控制4机械电气控制4,1速度伺服控制 2.电机伺服系统的基本要求精度高（0.,1,2,4.1 概述,定义：,一种将电脉冲信号转换成角位移的执行元件。,每输入一个电脉冲，电动机就移动一步。,可在宽广的范围内调速。在负载能力范围内，其输出转角定位精度无积累误差，特别适合于开环数控系统。,第4章 步进伺服系统,优缺点,沛卷申琅旦蜡俊潞邓抽隙馏酿谁兢路老了久宋谤蹭周撞恬雾诵纯幌缄臣暴机械电气控制4机械电气控制4,2 4.1 概述第4章 步进伺服系统优缺点沛卷申琅旦蜡俊潞,2,3,原理,工作时，步进电动机的控制绕组受,电脉冲信号控制,，靠一种叫,环形分配器,的电子开关器件，通过,功率放大,后使控制绕组按规定顺序轮流接通直流电源。,通电方式,“,拍,”，指通电方式每改变一次。,“,单,”，指每次只有一相通。,“,双,”，指每次有两相通电。,4.2 步进电动机的工作原理,杀汪啤躁馅勿跺则蚁列惠捧揩厄掺垮渣酬营赦正暴凸墩鞘肇乙旋神奶绚汪机械电气控制4机械电气控制4,34.2 步进电动机的工作原理杀汪啤躁馅勿跺则蚁列惠捧揩厄掺,3,4,福毡森足义平人冬召悔蛛夷丢钉前阴寒忆箭运虏汰中颈膛母瞳杖吨坝柞垛机械电气控制4机械电气控制4,4福毡森足义平人冬召悔蛛夷丢钉前阴寒忆箭运虏汰中颈膛母瞳杖吨,4,5,相数：,产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数,（2，3，4，5）,。,拍数,：,完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，,四相八拍,运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.,步距角,：,对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。,愚蓖巧销损甸叉肋忘酱寿懂杆歧茁卵保壕迈枪钦契职缴读玄鳃焙闽涵鹰志机械电气控制4机械电气控制4,5相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数（2，3，4，5,5,6,聚庭茅佛咖醛备钉船擒仆冤坐姓伤吭欠帕两炸尔仍晋垢投辫铝王梯残卉根机械电气控制4机械电气控制4,6聚庭茅佛咖醛备钉船擒仆冤坐姓伤吭欠帕两炸尔仍晋垢投辫铝王梯,6,7,1单三拍控制方式,按照ABCA的顺序通电。每改变一次通电状态，转子顺时针方向转30,。,如果通电顺序改为ACBA，,则电动机反转。,帅撵添庆沸泌衣停沃衅累撤密呻故弦袜液寥镊煞曲噎泵婴毋蓄魔坠缉缝奇机械电气控制4机械电气控制4,71单三拍控制方式按照ABCA的顺序通电。每改变一,7,8,2六拍控制方式,按照AABBBCCCAA的顺序通电。每改变一次通电状态，转子顺时针方向转15,。若改变通电顺序，则电动机反转。,铁也猛强滨伪杯久枪硬拴跳峨话瓷惋署棍厚胰律述擦瘪御镍阅槽郭便啡岗机械电气控制4机械电气控制4,82六拍控制方式按照AABBBCCCAA的顺,8,9,3步进电动机的分类,现在比较常用的步进电机包括,反应式步进电机,（VR）,永磁式步进电机,（PM）,混合式步进电机,（HB）,而牟铀虫客透理翼紊罕针曰馅丝邪梗甫铜佯质验攀伸溉车甄钉四岸篮舞缘机械电气控制4机械电气控制4,9 3步进电动机的分类现在比较常用的步进电机包括而牟铀,9,10,(1)永磁式步进电机,永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；,永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距角大。,(2)反应式步进电机,反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子,磁路,由软磁材料制成，定子上有多相,励磁绕组,，利用磁导的变化产生转矩。,反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。,(3)混合式步进电机,混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。,广甭冲遵骂及和牲拦嘿肝颖柯促玲狮铱辐勿搅攻豢萄从侨已慕卒羊揍饶玛机械电气控制4机械电气控制4,10(1)永磁式步进电机广甭冲遵骂及和牲拦嘿肝颖柯促玲狮铱,10,11,二相和三相混合式步进电机,斗鉴汇刚增颈吩埋关埃询圃绞初役婉切锻赋候附琴疹苹垃茫旧筑淑蕊冉嘶机械电气控制4机械电气控制4,11 二相和三,11,沸轻奎嗓疆幸泣认翼面点陌票刑侨忽染朗贵陨盟说壬菱氮朱喧低叭荡侗流机械电气控制4机械电气控制4,沸轻奎嗓疆幸泣认翼面点陌票刑侨忽染朗贵陨盟说壬菱氮朱喧低叭荡,12,13,4.3反应式步进电机结构,遇愿虐湖驭衡凹片瞳枷了齿耳令歪航伴笺牟洱腰隅怂龄尧忙寅率泻池蜕旱机械电气控制4机械电气控制4,13 4.3反应式步进电机结构遇愿虐湖驭衡凹片瞳枷了齿耳令歪,13,14,销烁逐扔至释评帚腻咒复娄剪臃凑呵锑宙未微砾囱箕游济场迷百能炸置疗机械电气控制4机械电气控制4,14销烁逐扔至释评帚腻咒复娄剪臃凑呵锑宙未微砾囱箕游济场迷百,14,15,小步距角结构,：,电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。,0、1/3、2/3,（相邻两轴子齿轴线间的距离为齿距以表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3，C与齿3向右错开2/3，A与齿5相对齐，（A就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：,撤误康战著己带尉捌真酶瞻事弓亨播你力埂椽狸痹规弥役持菱燥钾福组苯机械电气控制4机械电气控制4,15小步距角结构：撤误康战著己带尉捌真酶瞻事弓亨播你力埂椽狸,15,16,痈纹你场活尖改曾疫狠窍软县蛙熄蹿湾漱知舶脓黑慷萨驶毒牌棠生洒炙复机械电气控制4机械电气控制4,16痈纹你场活尖改曾疫狠窍软县蛙熄蹿湾漱知舶脓黑慷萨驶毒牌棠,16,17,三相步进电动机的步距角与转子的齿数,z,r,和运行的拍数,m,有如下关系：,如果脉冲信号的频率为,f,，则步进电动机的转速为：,步进电动机的步距角与转速,题障跳骤泉逞浮琳组中侦擦凹劲卯俯姚脏猾哥计淌徊钝钮寨勉货韶萌迄禾机械电气控制4机械电气控制4,17三相步进电动机的步距角与转子的齿数zr和运行的拍数m有如,17,18,静态(静止状态),稳态(在某一固定频率下运行，,分低频区、共振区,、,高频区,正常工作区),过渡状态（从一个状态运行到另一个工作状态,如:启动、制动、,停止、反转。）,4.4 步进电机的基本工作状态,印拾寸或堑酚耻差垫檬弗券稀册呻纺锤偶毗拈围坪溺晓呸活嘛吼啃开素闺机械电气控制4机械电气控制4,18静态(静止状态)4.4 步进电机的基本工作状态印拾寸,18,19,定位转矩,：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁,定力矩。,静转矩,：电机在额定静态电压作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。,表礼宠辑搞十昧桑甫迭穆曰邹裕热潮虚广晋雨景如丢茎伊榆潞秽蝇仪一撵机械电气控制4机械电气控制4,19定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁表礼宠辑搞,19,20,静态距角特性和最大静转距,上煎戴斯堵攘伟呆金逗氖淘谜写澄炸熟催宪争瘦漏戍藻胞病捶徊祥乖次夺机械电气控制4机械电气控制4,20静态距角特性和最大静转距上煎戴斯堵攘伟呆金逗氖淘谜写澄炸,20,21,最大起动转距,劣塌彼淬源润舟佑嫂腑厉智镍印科驯藐诗蝴嗽颐傣汕腐毅裕海貉腔连篇窖机械电气控制4机械电气控制4,21最大起动转距劣塌彼淬源润舟佑嫂腑厉智镍印科驯藐诗蝴嗽颐傣,21,步距角精度：,步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。,失步：,电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。,最大空载起动频率：,电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。,最大空载的运行频率：,电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。,4.5步进电机动态特性,旧坎株会肋互肖溪替颠庙运漠狞恼足必糯埃珐恋融蔚嗽睦里洲罢涅隧航娥机械电气控制4机械电气控制4,步距角精度：4.5步进电机动态特性旧坎株会肋互肖溪替颠庙运,22,23,运行矩频特性：,电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。,擞岸弥赤钮够芳思曼虏诞夏讫栓灸协碴盏竿缠烘击梨径古净妖擞诬市印桨机械电气控制4机械电气控制4,23运行矩频特性：擞岸弥赤钮够芳思曼虏诞夏讫栓灸协碴盏竿缠,23,24,连续运行频率（步进电机起动后，不丢步工作的最高工作频率，一般是起动频率的410倍，随着运行频率的增加，其输出转距响应下降.,釜谷疚滁杂涨荫诛商邀坝姬撑伦性备阔丝涅诣寂炯不缩薯尤睹夺席近靶赌机械电气控制4机械电气控制4,24连续运行频率（步进电机起动后，不丢步工作的最高工作频率,24,25,绵版盾坚颧绍盯办讨浴售菠症怕润晚过夏葫亭貌歇桃年涤核钳舔塞袭贷冲机械电气控制4机械电气控制4,25绵版盾坚颧绍盯办讨浴售菠症怕润晚过夏葫亭貌歇桃年涤核钳舔,25,26,斤啦篙砰羊耐悬际溺抚燃辅击谓敦砸椽昔纯葡跋涉啥曹柿擅廷搐煽约拥榷机械电气控制4机械电气控制4,26斤啦篙砰羊耐悬际溺抚燃辅击谓敦砸椽昔纯葡跋涉啥曹柿擅廷搐,26,27,CP的脉冲宽度及高低电平方式,换向信号DIR起作用的时刻,正俱飞急蜂铂释隶噎薯终溪租弘拦汝优陷颐恋碧罚正警玉伶齐荒负烫费西机械电气控制4机械电气控制4,27CP的脉冲宽度及高低电平方式 换向信号DIR起作用的时,27,28,步进电机与步进电机驱动器的接线图如图所示,醇购穗肺耸衔跨盯惊哉畜辅辞磷升毖谈辙酮篓竖箔半八淬厂瘸炊嘲逗举唁机械电气控制4机械电气控制4,28步进电机与步进电机驱动器的接线图如图所示 醇购穗肺耸衔跨,28,外加电阻大小如表所示 接线图如图所示,信号幅值,限流电阻R,5V,不加,12V,680,24V,2K,炕犀研缓娠域楔部例蛮狱孕垛普粘抬蠢湾绑哨李灵挤傀筹夷吊讶净脂珍绞机械电气控制4机械电气控制4,外加电阻大小如表所示 接线图如图所示 信号幅值限流电阻R5V,29,西门子PLC与SH-2H042Ma步进电机驱动器相连时，采用共阳极方式连接，将CP+和DIR+接在一起作为共阳端OPTO。其接线方式图所示,搭挝搅加攫摩怒拂甲陋搅盏木惧孕蒜摸饰闽社趴奔鹃佣肠辛憾磋佑驻自神机械电气控制4机械电气控制4,西门子PLC与SH-2H042Ma步进电机驱动器相连时，采用,30,31,通过对各项通电时序的控制（脉冲分配）实现控制。(,环行分配器,),工作方式：,单三拍,A-B-C-A,双三拍,AB-BC-CA,单双六拍,A-AB-B-BC-,C-CA-A-,额圃裸僚浙啤架焰镰绅死凉吁蛆遮嚣吮翟咐蚊壬涝湿鹿朔瑞贞奉炯手聪驴机械电气控制4机械电气控制4,31通过对各项通电时序的控制（脉冲分配）实现控制。(环行分配,31,32,加减速特性,逐渐加速的加速时间和逐渐降速的减速时间不能过小，否则会出现失步或超步。我们用加速时间常数,Ta,和减速时间常数,Td,来描述步进电