机电一体化系统设计04(伺服系统)

第三章 伺服系统设计在机电一体化控制系统中，把输出量能够以一定的准确度 跟随输入量的变化为变化的系统称为伺服系统，亦称随动系统。 它用来控制被控对象的转角(或位移),使其能自动地连续地， 精确地复现输入指令的变化规律。其组成如下图：

伺服系统的基本要求：稳定性;---固有特性 精度及系统误差；----动态、稳态、静态 快速响应性及调速范围

常用的电力电子器件:晶闸管

导通条件是指晶闸管从阻断到导通所需的条件。这个条 件是在晶闸管的阳极加上正向电压，同时在控制极上加上正 向电压。关断条件是指晶闸管从导通到阻断所需的条件。晶 闸管一旦导通，控制极就对晶闸管不起作用了。只有当流过 晶闸管的电流小于晶闸管导通所需的电流即维持电流时，晶 闸管才关断。

SCR的控制信号和输出波形

G+,导通 G-,截止

复合晶体管，电 流放大系数大 电压控制，输入 阻抗高，抗过载， 抗干扰

电容作 用

伺服系统中的执行元件机电一体化系统中较多的采用电气伺服驱动装置，即 伺服电机驱动系统。 伺服驱动电机一般是指： 步进电机(Stepping Motor) 直流伺服电机(DC Servo Motor) 交流伺服电机(AC Servo Motor)

三种电机驱动的特点：1、步进电机 转角与数字脉冲成比例，可构成直接数字控制 构成廉价的开环系统 控制系统控制较简单 2、DC伺服电机 高响应、高功率密度 可实现高精度的数字控制 换向器件需维护 3、AC伺服电机 具有DC伺服电机的全部优点 无接触换向器件，维护方便

3.1 步进电动机驱动及其控制 1. 步进电动机的特点：① ②

③④ ⑤

步进电动机是将电脉冲信号转换成角位移(或线位移) 的一种机电式数模转换器。 转角与脉冲，速度与频率成正比，运动方向与通电顺序 相关。 定位精度高，且无累积误差。 转换速度慢，毫秒级 与一般的伺服电机比较：可以直接实现数字控制，在开 环系统中可以达到高精度的定位和调速，位置误差不会 累积。

步进电机的种类按励磁相数分：有三相、四相、五相等步进电机 按运转方式分：有旋转式步进电机和直线式步进电机

步进电机型号表示：BF

励磁绕组相数或代号反应式(BY永磁式、BYG混合式)步进电机 电机外径(mm)

如70BF3-3

2. 步进电动机的工作原理定子齿与转子齿 对齐时，磁导率 最大，磁阻最小， 错齿产生力矩， 是助使步进电机 旋转的根本原因。

1 1 360 360 360* 4 6 12 4*3

单三拍时： A—B—C,—A—B—C… 电压电流波形，转子齿数40

360 360 m k Z 3 1 40 3K=1 单拍或双拍 K=2 单双拍

m:

定子绕组相数 k:通电状态系数

双三拍时： AB—BC—CA,—AB—BC—CA…

单双拍(即六拍)时：

A—AB—B—BC—C—CA—A

360 360 mk Z 3 2 40

1.5