运动控制技术与应用课件第三章

LOGO运动控制技术与应用数维实训室-郑玉龙3运动控制系统的执行器（Actuator）绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院执行器（Actuator）分为电动、气动、液压与电液执行器，通常包含驱动/放大器和具体执行元件3.3无刷直流电机3.4交流伺服电机3.5两相交流伺服电机3.6永磁同步电机3.6.1永磁同步电机的结构、原理3.6.2永磁同步电机的特点及应用3.7其他特殊电机3.8液压与气动3.2直流伺服电机3.21结构与工作原理3.2.2机械特性3.2.3驱动技术3.2.4特点及应用3.1步进电机3.1.1步进电机分类、工作原理特点3.1.2步进电机运行特性3.1.3步进电机驱动器3.1.4步进电机的控制3.1.5步进电机的选用3-1步进电机（StepingMotor）绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-1-1步进电机结构（StepingMotor）绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-1-1步进电机结构特点绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院原理特点输出角位移与输入脉冲成正比，转速与脉冲频率成正比，控制输入脉冲数量、频率及电机各相绕组的通电顺序，就可以得到各种需要的运行特性。步进电机按外施加脉冲指令一步步旋转，调速范围宽，易于控制，停机后具有自锁功能；结构简单，易于维护成本低，可靠性高，用于小型和速度、精度要求不高的场合。缺点失步：大负载和高速环境易发生。横流斩波、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动技术发展，使得低频震荡得以改善3-1-1步进电机工作原理绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院A相励磁B相励磁将A相励磁使磁极磁化成S极，将与带有N极磁性的转子1的小齿互相吸引，并与带有S极磁性的转子2的小齿相斥，于平衡后停止。此时，没有励磁的B相磁极的小齿和带有S极磁性的转子2的小齿互相偏离0.72°。B相励磁其次由A相励磁转为B相励磁时，B相磁极磁化成N极，与拥有S极磁性的转子2互相吸引，而与拥有N极磁性的转子1相斥。励磁工作原理：基于电磁铁作用原理，磁通总是沿着磁阻最小路径闭合。励磁，励磁就是指电动机线圈通电时的状态。3-1-2步进电机运行特性绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电机运转量与脉冲数的比例关系运转速度与脉冲速度的比例关系3-1-1步进电机控制电气原理图绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院运转量与脉冲数的比例关系运转速度与脉冲速度的比例关系3-1-1步进电机高低压功率驱动原理图绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-1-1步进电机斩波恒流功率驱动绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-1-1步进电机细分绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-1-1步进电机斩波恒流功率驱动绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-1-2步进电机控制信号典型接线图绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-1-3步进电机驱动器绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-2直流伺服电机绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院伺服电机将控制信号转换成其轴上的转角或转速，带动被控制对象工作：交流伺服电机直流伺服电机3-2直流伺服电机（DCServoMotor）绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院输出转速与输入信号的线性关系好也称控制性能好。有控制信号输入时伺服电机转动；无控制信号输入时，则停止。改变控制电压大小或相位、极性就可以改变电机的转速和方向电机与编码器等反馈元件作为一体，与普通电机相比，具有：调速范围宽转子惯量小，能实现快速启动和停止。过载能力强可靠性高良好的可控性良好的调速性起动转矩大机械性和调节性好特点结构优点3-2-1直流伺服电机的结构与原理绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院按运动状态：1)定子：固接在机壳上，为静止部分，由定子铁芯与励磁绕组或永磁体、电刷装置所构成；2)转子：为旋转部分，由电枢铁心、电枢绕组、换向器、输出轴等组成。按功能：磁极、电枢绕组、换向器和电刷三部分。磁极在定子上，电枢绕组在转子上；换向器在转子上，电刷在定子上。直流电机的结构3-2-1直流伺服电机的结构与原理绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-2-1直流伺服电机的结构与原理绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院直流电动机的定子有一对主磁极，安装在机座上，机座也叫磁轭，是主磁极磁力线的通路。磁极与磁轭都是用导磁良好的钢铁制成。3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院在主磁极上安装有励磁绕组，绕组通电后就会在两个主磁极间产生主磁场3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院直流电机转子也称为电枢，电枢铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，铁芯圆周均匀分布18个槽，用来嵌放电枢绕组。电枢铁芯直径比主磁极间距离略小点。3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院定子铁芯与转子铁芯的磁路图，浅蓝色箭头线表示磁力线3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院把绕制好的电枢绕组嵌入电枢槽内，每个绕组都有一对引出线3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院换向器有18个铜制换向片，排成圆筒形，固定在一个绝缘套筒上，换向片间留有缝隙，相互绝缘。图6用两个角度展示换向器的外观。3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院把换向器安装在电枢转轴上，把电枢绕组的引出线按规律焊接在换向片上3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院为散去电机发出的热量，还要在电枢转轴上安装风扇3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院电枢绕组通过电刷供电，电刷的主要成份是石墨，导电良好又润滑。电刷固定在刷握内，由弹簧片压向换向器。3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院电刷装置与换向器的位置关系，根据电枢绕组的常用绕法的线端头与换向器焊接位置，当磁极在上下方时两个电刷组分布在换向器上下两侧3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院把电枢插入定子主磁极之间3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院在电机前后两侧装上端盖（剖面），端盖上有轴承，支持电枢的旋转。电刷装置也固定在端盖上3-2-1直流伺服电机的结构绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院在电机端盖上有散热通风孔，在机座上有出线盒3-2-1直流伺服电机的原理绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院在两电刷上接通电源，可在图上看到每个线槽中线框的电流方向，线框受磁场作用力，转子开始旋转，线框受力方向依左手定则判断。3-2-1直流伺服电机的原理绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-2-1直流伺服电机的原理绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院3-2-2直流伺服电机的机械特性绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院改变电机的电压、磁通或电机的电枢电阻均可以改变电机转速；当改变电机的电压进行调速时，机械特性是一组平行直线，当达到额定电压时，可采用减少磁通来该提高转速；改变电枢电压调速为恒转矩调速；弱磁调速属于恒功率调速；电枢窜电阻运行效率低，应用于小功率或特殊场合。.3-2-3直流伺服电机的驱动技术绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院直流电机可分为：1)电磁式；2)永磁式电磁式又可分为：1)他励直流电机；2)自励直流电机3-2-3直流伺服电机的驱动技术绪论传感器与检测执行器步进伺服系统直流伺服系统交流伺服系统位置伺服与多轴现场总线运动控制雕刻机控制系统S120运动控制沈阳航空职业技术学院变流机组有交流异步电动机（异步