步进电机(步进电机的工作原理)
步进电机工作原理总结
步进电机工作原理总结
步进电机是一种将电信号转化为机械转动的设备。
它的工作原理可以总结为以下几点：
1. 电磁原理：步进电机是一种电磁装置，由绕组和磁铁组成。
当通过绕组通以电流时，绕组会产生电磁场，与磁铁相互作用，从而产生力和转矩。
2. 磁性原理：步进电机的转子通常由多个磁片或磁块组成，每个磁片或磁块都具有多个极对（通常是两个）。
3. 步进原理：通过改变绕组的电流方向和大小，可以改变磁铁的磁极方向和磁场强度。
当绕组的电流脉冲信号按照一定模式改变时，可以使得磁场的极性和位置发生变化，从而带动转子进行步进运动。
4. 控制原理：步进电机通常需要由控制器或驱动器来提供精确的脉冲信号，以控制电机的转动。
通过改变脉冲信号的频率、宽度和相位，可以控制步进电机的转速、方向和位置。
综上所述，步进电机的工作原理是通过改变电流和磁场的方式，实现电能到机械能的转换，从而实现精确的转动控制。
它广泛应用于各种需要精准定位和控制的领域，如工业自动化、机械设备和电子仪器等。
步进电机结构及原理
步进电机结构及原理
步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
它利用电磁学原理，将电能转换为机械能。
其结构通常包括前后端盖、轴承、中心轴、转子铁芯、定子铁芯、定子组件、波纹垫圈和螺钉等部分。
步进电机的工作原理基于电磁感应定律。
当施加在电机线圈上的电脉冲信号产生磁场时，磁场与定子铁芯相互作用产生转矩，驱动转子旋转。
通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。
每接收一个脉冲信号，步进电机就按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，其旋转是以固定的角度一步一步运行的。
步进电机具有一些显著的特点。
首先，它们是开环控制系统的一部分，这意味着它们不依赖于位置反馈来调节运动。
其次，步进电机具有高精度的定位能力，这使得它们在需要精确控制位置的应用中非常有用。
此外，步进电机可以在不同的负载条件下保持恒定的速度，因为电机的转速只取决于脉冲信号的频率，而不受负载变化的影响。
总的来说，步进电机是一种功能强大且适应性强的电机类型，广泛应用于各种需要精确控制位置和速度的场合。
如需了解更多信息，建议咨询电机方面的专家或查阅相关专业书籍。
步进电机的工作原理
步进电机的工作原理步进电机是一种常用的电机类型，其工作原理是通过电磁定位原理和磁场切换实现转动。
步进电机具有精度高、输出扭矩大、运行顺畅等特点，被广泛应用于各种机械设备和工业自动化系统中。
以下是关于步进电机工作原理的详细介绍。
一、电磁定位原理1.1 电磁定位的基本概念电磁定位是步进电机的核心工作原理，它通过控制电流大小和方向来实现电机的定位和转动。
在步进电机中，电流会通过定子和转子之间的绕组，产生磁场力，从而导致转子的运动。
1.2 磁铁和绕组步进电机通常由铁芯、定子和转子组成。
铁芯上有多个绕组，根据需要可以有两个或更多的绕组。
每个绕组中都有导线通过，并与电源或驱动器连接。
磁铁在步进电机中产生磁场，并对绕组中的电流产生作用力。
二、步进电机的工作步骤2.1 单相步进电机单相步进电机是最简单的一种步进电机类型。
其工作步骤如下：Step 1: 激励绕组1，使得绕组1中的电流通过，产生一个磁场作用于转子，使转子对齿相互吸引；Step 2: 关闭绕组1，激励绕组2，使得绕组2中的电流通过，改变磁场的方向，转子向前进一步；Step 3: 重复以上步骤，不断改变绕组的激励，使转子一步步旋转。
2.2 双相步进电机双相步进电机相对于单相步进电机而言，在工作步骤上更复杂一些。
其工作步骤如下：Step 1: 激励绕组A，使得绕组A中的电流通过，产生一个磁场作用于转子，使转子对齿相互吸引；Step 2: 关闭绕组A，激励绕组B，使得绕组B中的电流通过，改变磁场的方向，转子向前进一步；Step 3: 同时激励绕组A和绕组B，使得两个绕组中的电流通过，产生一个磁场，转子继续向前进一步；Step 4: 关闭绕组B，继续激励绕组A，使得绕组A中的电流通过，改变磁场的方向，转子继续向前进一步；Step 5: 重复以上步骤，依次改变绕组的激励，使转子一步步旋转。
三、步进电机的驱动方法3.1 单相驱动单相驱动是最简单的步进电机驱动方法，它只需要通过控制绕组的电流来实现转子的转动。
步进电机的原理
步进电机的原理
步进电机是一种通过电信号控制转子按一定步长运动的电机。
其工作原理是将电信号转化为磁场，进而驱动转子。
步进电机通常由定子和转子组成。
定子含有若干绕组，每个绕组在电流作用下产生磁场。
转子上有多对永磁体，其磁极数目与定子绕组数目相一致。
当给定子绕组通电时，会在定子上产生磁场，这个磁场会吸引转子上的永磁体，使转子翻转一定的角度。
通过改变定子绕组通电的顺序和时间，可以控制转子按一定步长顺时针或逆时针旋转。
步进电机一般由驱动器和控制器配合使用。
驱动器将控制器发送的电信号转换为合适的电流和电压，以驱动步进电机。
控制器根据需要设定转子运动的步长和方向，并发出相应的电信号给驱动器。
步进电机具有精准定位、运动平稳等特点，适用于需要精确控制位置和转速的设备。
它被广泛应用于打印机、数控设备、机器人、电子仪器等领域。
步进电机的工作原理是什么-步进电机如何按照结构进行分类-
步进电机的工作原理是什么?步进电机如何按照结构进行分类?一、步进电机工作原理步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过其内部的逻辑电路，控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电，使得电机正向/反向旋转，或者锁定。
以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定位置。
在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。
如果其中一相绕组的电流发生了变向，则电机将顺着一个既定方向旋转一步(1.8度)。
同理，如果是另外一项绕组的电流发生了变向，则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步( 1.8度)。
当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进，运行精度非常高。
对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。
两相步进电机有两种绕组形式：双极性和单极性。
双极性电机每相上只有一个绕组线圈，电机连续旋转时电流要在同一线圈内依次变向励磁，驱动电路设计上需要八个电子开关进行顺序切换。
单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈，电机连续旋转时只要交替对同一相上的两个绕组线圈进行通电励磁。
驱动电路设计上只需要四个电子开关。
在双极性驱动模式下，因为每相的绕组线圈为100%励磁，所以双极性驱动模式下电机的输出力矩比单极性驱动模式下提高了约40%。
二、步进电机如何按结构分类步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。
每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。
因此，步进电动机又称脉冲电动机。
步进电机从其结构形式上可分为反应式步进电机(VariableReluctance，VR)、永磁式步进电机PermanentMagnet,PM)、混合式步进电机(HybridStepping,HS)、单相步进电机、平面步进电机等多种类型,在我国所采用的步进电机中以反应式步进电机为主。
步进电机的运行性能与控制方式有密切的关系,步进电机控制系统从其控制方式来看,可以分为三类：开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。
步进电机的工作原理
步进电机的工作原理
步进电机是一种特殊的电机，它是一种将电脉冲信号转换为机械运动的电机。
步进电机的工作原理主要是通过电磁原理和磁力学原理来实现的。
在步进电机中，电流通过电磁线圈产生磁场，从而使得电机转子产生转动。
接下来，我将详细介绍步进电机的工作原理。
首先，步进电机的核心部件是定子和转子。
定子是由多个电磁线圈组成的，而转子是由磁性材料制成的。
当电流通过定子的电磁线圈时，会产生一个磁场，这个磁场会与转子上的磁性材料相互作用，从而使得转子产生转动。
其次，步进电机的工作原理是基于磁力学原理的。
当电流通过定子的电磁线圈时，会产生一个磁场，这个磁场会与转子上的磁性材料相互作用，从而使得转子产生转动。
这种转动是通过不断地改变电磁线圈的通电顺序来实现的，每次改变电磁线圈的通电顺序，都会使得转子产生一个固定的步进角度的转动。
最后，步进电机的工作原理是基于电磁原理的。
当电流通过电磁线圈时，会产生一个磁场，这个磁场会与转子上的磁性材料相互作用，从而使得转子产生转动。
这种转动是通过不断地改变电磁线圈的通电顺序来实现的，每次改变电磁线圈的通电顺序，都会使得转子产生一个固定的步进角度的转动。
综上所述，步进电机的工作原理是基于电磁原理和磁力学原理的。
通过不断地改变电磁线圈的通电顺序，可以实现步进电机的精确控制，从而实现精确的机械运动。
步进电机在各种自动控制系统中有着广泛的应用，如数控机床、印刷机械、纺织机械等领域。
希望本文对步进电机的工作原理有所帮助。
步进电机的工作原理
步进电机的工作原理步进电机是一种常见的电动机，广泛应用于各种机械和自动化设备中。
它以其精准的控制和高度可靠性而受到青睐。
本文将介绍步进电机的基本原理和工作方式。
1. 基本工作原理步进电机是一种将电能转换为机械能的设备，通过电磁原理实现驱动。
其基本构造包括定子与转子。
定子通常由两种或多种电磁线圈组成，这些线圈按照特定的顺序被激活。
转子则是由一组磁体组成，以使定子磁电流激活时能产生磁通。
2. 单相步进电机单相步进电机也称为单相混合式步进电机。
它具有两个电磁线圈，相位差为90度。
当线圈被激活时，会产生磁场。
根据磁场的相互作用，电机转子就可以旋转到一个新的位置。
单相步进电机的工作原理是通过改变线圈通电的顺序来控制运动。
3. 双相步进电机双相步进电机是一种更为常见的类型，它具有四个电磁线圈，相位差为90度。
每个线圈都可以单独激活，控制电机的运动。
在双相步进电机中，每次只有两个线圈被激活，以产生磁场。
通过交替激活不同的线圈，可以实现电机的旋转。
双相步进电机具有较高的转矩和精确的位置控制能力。
4. 步进电机的特点步进电机具有以下几个特点：4.1 准确定位：通过激活特定的线圈顺序，步进电机可以以特定的角度准确旋转，从而实现准确定位。
4.2 高度可编程：步进电机通过控制电流和脉冲的频率来控制转动速度和转动方向。
4.3 高度精密：由于线圈的激活顺序可以精确控制，步进电机可以实现非常精确的运动。
4.4 无需反馈系统：相比其他类型的电机，步进电机无需附加的位置反馈系统即可实现精确控制。
5. 应用领域由于其精准的控制和高度可靠性，步进电机在许多领域得到广泛应用，包括：5.1 3D打印机：步进电机用于控制打印头在XYZ轴上的位置，从而实现精确的打印。
5.2 CNC机床：步进电机用于控制刀具的位置和转动角度，从而实现自动化的数控加工。
5.3 机器人：步进电机用于控制机器人的运动，包括旋转和定位。
5.4 线性驱动器：步进电机也可以应用于线性驱动器，实现对物体位置的精确控制。
步进电机工作原理
步进电机工作原理步进电机的工作就是步进转动，其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或是直线位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进一步。
步进电机的角位移量与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率(f)成正比，如两相步进电机设定为半步的情况下(电机转一圈400个脉冲)： n=60f/200(转/分)反应式步进电机的概念：反应式步进电机的定子铁心由硅钢片叠成，定子上有几对磁极(相数不同，磁极对也不同。
如四相电机有四对八个磁极)，每个磁极上又有许多小齿。
定子绕组绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相。
转子也是由叠片铁心构成，沿圆周也有许多小齿，转子上没有绕组。
反应式步进电机的工作原理是利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应力矩而转动。
实际应用中对步进电机的要求：1、步进电机在电脉冲的控制下能迅速起动、正反转、停转及在很宽的范围内进行转速调节；2、加工精度高，即要求一个脉冲对应的位移量小，并要准确、均匀。
这就要求步进电机步距小，步距精度高，不得丢步或是过冲；3、动作快速。
即不仅起动、停步、反转快，并能连续高速运转以提高劳动生产率；4、输出转矩大，可直接带动负载。
步进电机的基本特点：1、步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电，而是按一定的规律轮流通电。
2、每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。
3、步进电机可以按特定指令进行角度控制，也可以进行速度控制。
角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。
速度控制时，步进电机绕组中送入的是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电机连续动转，它的转速与脉冲频率成正比。
改变通电顺序，即改变定子磁场旋转方向，就可以控制电机正转或是反转。
4、步进电机具有自锁能力。
当控制脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上，这样，步进电机可以实现停车时转子定位。
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c：三相六拍 通电顺序为 或反之， A→AB→B→BC→C→CA→A
A→AC→C→CB→B→BA 它比三相三拍控制方式步距角小一半，因而 精度更高，且转换过程中始终保证有一个绕组通 电，工作稳定，因此这种方式被大量采用。
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第三节 伺服系统位置控制
驱动机构
数 控 装 置
驱动线路 环 形 分 配 器
开环控制系统
功 率 放 大 器
步进电机或电 液脉冲马达
传 动 机 构
机
床
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步进电机又称脉冲电机，它是一种将数字脉冲 信号转换成为具有一角位移或线位移即转变为一种 模拟信号的电磁装置，步进电机是开环驱动机构中 的一个关键元件。常见的步进电机有反应式步进电 机与混合式步进电机两种。 1、步进电机的特点 （1）步进电机输出的角位移或线位移与输入脉冲 数成正比。即每输入一个脉冲，经分配装置使电机 转子相应转动一步，且在时间上与输入脉冲同步。 （2）转速与脉冲频率成正比。 （3）能快速地起动，制动和反转。
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若开始是A 相通电，B相、 C相断电，由 于定子磁场吸 引转子，使转 子齿与定子A 相磁极上的齿 对齐，由于电 机的结构使三 相磁极的在周 向相互错开 1/3齿距，
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随后B相 通电， A相、 C相断电， 于是定子磁 场吸引转子 回转1/3齿 距，
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工作台 齿轮箱
步进电机 指令脉冲
驱动控制 线路
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闭环伺服系统简图
指令
伺服驱动装置
位置控制模 块 速度控制单 元
工作台
位置检测
速度环 速度检测
伺服电 机
位置环
测量反馈
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半闭环伺服系统简图
指令 + 位 置 比
较
速度控 制
工作台
—
速度反馈
伺服电 机
位置反馈
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5、开环控制步进式伺服系统的工作原理
1. 工作台位移量的控制 数控装置发出N个脉冲，经驱动线路放大后， 使步进电机定子绕组通电状态变化N次，如果一个 脉冲使步进电机转过的角度为 α，则步进电机转 过的角位移量 Φ＝Nα，再经减速齿轮、丝杠、螺 母之后转变为工作台的位移量L，即进给脉冲数决 定了工作台的直线位移量L。
相邻两次通电相数不同，K＝2。
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3、步进电机的主要特征 （1）最大静转矩Tmax （2）启动频率 （3）连续运行频率 （4）矩频特性 （5）静态步矩误差 空载时，以单脉冲输入，步进电 机的实际步矩角与理论步矩角之差，称为静态步矩误 差，以分表示。
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静态矩角特性
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（4）转子的转动惯量小，起动，停止时间短。 （5）无积累误差，所以定位精度高。
右图为三相反 应式步进电机 结构图；
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2、步进电机的工作原理
ห้องสมุดไป่ตู้
1）工作原理： 步进电机的工作原理是按电磁吸引的原理工作的。 错齿是其工作的关键，是推动其工作的根本原因。 反应式三相步进电机为例加以说明。定子上有六 个磁极，每个磁极上绕有励磁绕组，每相对的两个磁 极组成一相，分成A、B、C三相。转子无绕组，它是由 带齿的铁心做成的。步进电机是按电磁吸引的原理进 行工作的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三 对磁极就依次产生磁场，并每次对转子的某一对齿产 生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步步转动。
责任编辑： 撰稿教师： 主编： 电子编辑： 制作：…………（以姓氏为序）
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数控技术基础
主讲教师：马有良
联系邮箱： mayouliang@
西南科技大学品牌课程 第五章
第一节 第二节 第三节
伺服系统
概述 伺服系统速度控制 伺服系统位置控制
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第一节 概述
伺服系统是以机械位置或角度作为控制对象的自动控 制系统。伺服系统是连接数控系统与数控设备的枢纽，它 的性能是影响数控设备精度、稳定性、可靠性、加工效率 以及价格等方面的重要因素。 1、伺服系统的特点和要求 特点: （1）伺服系统的运动来源与偏差信号 （2）伺服系统具有负反馈回路 （3）伺服运动始终处于过渡过程状态 （4）伺服系统具有力(转矩)的放大作用
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功率放大器
U L
输入
前置放大
单电压驱动电路原理图
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U1＋80V 前置放大 单稳 延时
V1
U2 ＋12V
t1 t2
前置放大
输入
L
V2
高低压驱动电路原理图
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U1
整形 控制门 高压前置放大
V1 L
U2
VD1
低压前置放大 V2
输入 Re
恒流斩波驱动电路原理图
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数控机床对伺服系统的要求： (1)位置精度高 (2)调速范围宽 (3)快速响应 (4)稳定性好 (5)低速大转矩 2、伺服系统的组成 常用的伺服系统有电气伺服系统和液压伺服系统。 数控伺服系统由伺服电机，驱动系统，速度检测器， 位置检测器以及位置比较电路组成。 驱动系统包括从给定值输入到伺服电机或液动机的 输出，即伺服电机及其驱动部分。
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2. 工作台进给速度的控制 数控装置发出的进给脉冲频率为 f， 经驱动控制 线路，表现为控制步进电机定子绕组的通电、断电 状态的电平信号变化频率，定子绕组通电状态变化 频率决定步进电机的转速，该转速经过减速齿轮及 丝杠、螺母之后，体现为工作台的进给速度 V，即进 给脉冲的频率决定了工作台的进给速度。 3. 工作台运动方向的控制 改变步进电机输入脉冲信号的循环顺序方向， 就可改变定子绕组中电流的通断循环顺序，从而使 步进电机实现正转和反转，相应的工作台进给方向 就被改变。
再使C相 通电，转子 又转过1/3 齿距，依次 通电，步进 电机就会按 通电顺序方 向旋转。
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2）、步进电机的通电方式：
a：三相单三拍 通电顺序为A→B→C→A→B→C 由于每次只有一相绕组通电，在切换瞬间将失 去自锁转矩，容易失步，易在平衡位置附近产生振 荡，稳定性不佳，故实际应用中不采用单三拍工作 方式。
矩频特性
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4、步进电机功率驱动
步进电机驱动线路完成由弱电到强电的转换和 放大，也就是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需 的具有一定功率的电流脉冲信号。 驱动控制电路由环形分配器和功率放大器组成。 环形分配器是用于控制步进电机的通电方式的， 其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按照一 定的顺序和分配方式加到功率放大器上，控制各相 绕组的通电、断电。 环形分配器功能可由硬件或软件产生。
直流伺服电机的特性： 直流电机的机械特性（静特性） 机械特性是指调速系统 的输出转速和输出转矩之间的关系，它是衡量调速系统在承受 负载时的转速与空载是相比下降的程度的一种指标。
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机械特性方程为：
Ud Rd n T 2 Ce CeCt
2、交流伺服系统速度控制
由于直流电机存在许多缺点：结构复杂、制造困难、 换向器需要维护、电机高速受到限制等。但交流电机， 特别是感应电机没有上述缺点，且转子惯量小，动态特 性好。交流同步电动机的转速与所接的电源频率之间存 在一种严格的关系，可以方便的改变频率获得可变的速 度，和非常硬的机械特性，鼓得到更广泛的应用。
步矩角 、频率 f 、和转速 n 的关系：
n
60 f f 360 6
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步距角和步距误差 步距角和步进电机的相数、通电方式及电机 转子齿数的关系如下： 式中
—步进电机的步距角；
360 ＝ Km Z
m—电机相数；
Z—转子齿数；
K—系数，相邻两次通电相数相同，K＝1；
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第二节 伺服系统速度控制 为了能够调节机床的切削速度和进给量，机床 的主运动、进给运动和辅助运动都需要变速控制。 都要求在变速范围内，速度变化连续可调，且精度 高、稳定性好。速度控制系统是伺服系统中的重要 组成部分，它由速度控制单元、伺服电机、速度检 测装置等构成。 1、直流伺服系统速度控制
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主轴伺服系统一般为速度控制系统，除具有 上述的一般要求外，还应具有以下控制功能： (1) 准停控制 (2) 主轴与进给驱动同步控制 (3) 分度控制 3、伺服系统的分类 按调节理论分类 (1)开环伺服系统 (2)闭环伺服系统 (3)半闭环系统
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开环伺服系统简图
按使用的驱动元件分类 (1)电液伺服系统 (2)电气伺服系统 按使用的伺服电机分类 (1)直流伺服系统 (2)交流伺服系统 按进给驱动和主轴驱动分类 (1)进给伺服系统 (2)主轴伺服系统 按位置控制方式分类 (1)脉冲，数字比较伺服系统 (3)幅值比较伺服系统
(2)相位比较伺服系统 (4)全数字伺服系统