伺服、步進(jìn)控制要點(diǎn)詳解

一、伺服控制

1、交流伺服電機(jī)的工作原理

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

2、伺服系統(tǒng)的組成及分類

組成：

伺服系統(tǒng)是以位置和角度為控制量的控制系統(tǒng)的總稱，與位置和角度相關(guān)聯(lián)的速度、角速度、加速度、力等為控制量的系統(tǒng)也包含在伺服系統(tǒng)內(nèi)。

分類：

1. 按控制結(jié)構(gòu)分類分為：開環(huán)式、閉環(huán)式。

2. 按驅(qū)動(dòng)部件分類分為：

a. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。

b. 直流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。

c. 交流電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)。

3、伺服馬達(dá)（交流）的特點(diǎn)

１. 定位精度高，普通伺服馬達(dá)可達(dá)到0.036度

２. 回應(yīng)時(shí)間快。

３. 控制方便靈活，控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)。

４. 型號較多，可根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境選擇不同的類型。

５. 提供全閉環(huán)控制，可適時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀況，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整變換。

4、伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5、伺服控制的選型步驟

1.確定機(jī)械規(guī)格，負(fù)載、剛性等參數(shù)。

2. 確認(rèn)動(dòng)作參數(shù)，移動(dòng)速度、行程、加減速時(shí)間、周期、精度等。

3. 選擇馬達(dá)慣量，負(fù)載慣量、馬達(dá)軸心轉(zhuǎn)換慣量、轉(zhuǎn)子慣量。

4. 選擇馬達(dá)回轉(zhuǎn)速度。

5. 選擇馬達(dá)額定扭矩。負(fù)載扭矩、加減速扭矩、瞬間最大扭矩、實(shí)效扭矩。

6. 選擇馬達(dá)機(jī)械位置解析度。

7. 根據(jù)以上選擇馬達(dá)型號。

6、伺服控制的應(yīng)用

二、步進(jìn)控制

1、步進(jìn)電機(jī)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。

2、步進(jìn)電機(jī)的分類

現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。

●永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；

●反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

●混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。

3、步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)

（1）. 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語

a. 相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。

b.拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一 個(gè)齒距角所需脈沖數(shù) 。

c. 步距角：對應(yīng)一個(gè)脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。

d. 定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以 及機(jī)械誤差造成的）。

e. 靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。

（2）. 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語

a. 步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。

b. 失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。

c. 失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度 。

d. 最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。

e. 最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。

f. 運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性 。

4、步進(jìn)電機(jī)選型

（1）. 步距角的選擇：電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求 。

（2）. 靜力矩的選擇：靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載 ，一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)最好 。

（3）. 電流的選擇：由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流。

審核編輯 ：李倩