步进电机、伺服电机基础知识共24页
伺服电机知识培训
第七页，共十六页。
目前，伺服系统的数字控制大都是采用硬件与软件相结合的控制方式，其中软件控制 方式一般是利用微机实现的。这是因为基于微机实现的数字伺服控制器与模拟伺服控制 器相比，具有下列优点： （1） 能明显地降低控制器硬件成本。速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现， 硬件费用会变得很便宜。体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。 （2） 可显著改善控制的可靠性。集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF） 大大长于分立元件电子电路。 （3） 数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。 （4） 硬件电路易标准化。在电路集成过程中采用了一些屏蔽措施，可以避免电力电子电 路中过大的瞬态电流、电压引起的电磁干扰问题，因此可靠性比较高。 （5） 采用微处理机的数字控制，使信息的双向传递能力大大增强，容易和上位系统机联 运，可随时改变控制参数。 （6） 可以设计适合于众多电力电子系统的统一硬件电路，其中软件可以模块化设计，拼 装构成适用于各种应用对象的控制算法；以满足不同的用途。软件模块可以方便地增加、 更改、删减，或者当实际系统变化时彻底更新。 （7） 提高(tí gāo)了信息存贮、监控、诊断以及分级控制的能力,使伺服系统更趋于智能化。 （8） 随着微机芯片运算速度和存贮器容量的不断提高(tí gāo)，性能优异但算法复杂的控 制策略有了实现的基础。
国内交流伺服的市场规模2006年估计在20亿人民币左右，市场规模近3年一直 保持了大于25％的年复合增长率，在所有自动化产品中当属发展最快之列。而且 随着世界制造业加速向中国转移，国产(guóchǎn)数控装备在国家政策的扶持下快 速向高性能、高附加值发展，国产(guóchǎn)交流伺服系统的性价比快速提高，交 流伺服系统的市场会继续保持快速增长的势头，预计从2007到2010年复合增长 率在20％以上。但是平均单价也将随着竞争加剧不断下降，每年大约下降10％。
步进电机及驱动器原理知识【知识讲解】课件
应用案例二：机器人
机器人是另一个重要的应用领域。步进电机驱动器通 常用于控制机器人的关节运动，如机械臂、腿部等部位。
在机器人中，步进电机驱动器通过控制脉冲信号的频率 和数量，可以精确控制机器人的运动速度和位置。同时， 步进电机驱动器还具有体积小、重量轻、可靠性高等优 点，因此在机器人领域得到了广泛应用。
合适的驱动器。
驱动器的应用实例
要点一
驱动器的应用实例
步进电机驱动器广泛应用于各种自动化设备中，如数控机 床、机器人、打印机等。
要点二
应用实例解析
以数控机床为例，通过使用步进电机驱动器，可以实现高 精度的加工和准确的定位控制，从而提高加工效率和产品 质量。
03
步进电机驱动器的应用领域与案例分析
应用领域
工作原理
步进电机内部通常由一组带有线圈的转子组成。当线圈接收到一个脉冲信号时，会旋转一个角度，从而带动转子 旋转相应的角度。
步进电机的特点与分类
特点
步进电机具有高精度、高分辨率、高可靠性、低噪声等优点，同时也可以适应高频率的脉冲控制。
分类
根据结构和工作原理的不同，步进电机可分为永磁式、反应式和混合式等多种类型。
设计实例与注意事项
实例1
01 某款步进电机驱动器的设计，采用ULN2003芯片，
实现电机正反转和调速功能。
注意事项1
02 在设计过程中，需要考虑输入电源的稳定性以及过流、
过压等保护措施。
注意事项2
03
在调试过程中，需要观察驱动器的输出波形和电机运
行状态，确保正常运行。
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步进电机及驱动器原理知识课 件
CONTENTS
• 步进电机原理及特点 • 步进电机驱动器 • 步进电机驱动器的应用领域与
伺服电机知识
伺服电机知识一、伺服电机的原理伺服电机的原理是应用反馈控制的技术来实现对电机的精确控制。
它通过对电机的位置、速度、加速度等参数进行实时监测，并将监测到的数据反馈给控制系统，从而实现对电机的精确控制。
根据反馈控制的原理，伺服电机可以分为位置伺服电机、速度伺服电机和力矩伺服电机等几种类型。
位置伺服电机是利用编码器等装置来实时监测电机的位置，并根据监测到的位置数据来控制电机的运动。
速度伺服电机是利用速度传感器等装置来监测电机的速度，并根据监测到的速度数据来控制电机的转速。
力矩伺服电机是利用力矩传感器等装置来监测电机的扭矩，并根据监测到的扭矩数据来控制电机的扭矩输出。
可以说，伺服电机的原理就是通过反馈控制技术来实现对电机的精确控制，以满足各种不同的运动要求。
二、伺服电机的结构伺服电机的结构主要包括电机本体、编码器、控制器等几个部分。
1. 电机本体：伺服电机的电机本体通常由定子和转子两部分组成。
定子是电机的静止部分，通常由铁芯、线圈等材料组成。
转子是电机的运动部分，通常由永磁体、转子铁芯等材料组成。
电机本体的结构设计直接影响着电机的性能和特性。
2. 编码器：编码器是伺服电机中的一个重要设备，它主要用于监测电机的位置、速度等参数，并将监测到的数据反馈给控制系统。
根据监测的参数不同，编码器可以分为位置编码器、速度编码器等几种类型。
3. 控制器：控制器是伺服电机中的核心部件，它主要用于接收编码器反馈的数据，并根据监测到的数据来控制电机的运动。
控制器的设计和性能直接影响着伺服电机的控制精度和稳定性。
以上是伺服电机的基本结构，不同的应用场合可能会有不同的结构设计。
例如，机器人中的伺服电机通常还会包括减速器、联轴器等辅助部件，以满足机器人对运动精度和可靠性的要求。
三、伺服电机的控制技术伺服电机的控制技术是实现对电机精确控制的关键。
目前，伺服电机的控制技术主要包括位置控制、速度控制和力矩控制等几种类型。
1. 位置控制：位置控制是伺服电机中最基本的控制技术，它主要用于控制电机的位置。
伺服电机与步进电机
伺服电机步进电机区别伺服电机部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降.。
请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制滚珠丝杆，转矩脉动小。
直流伺服是梯形波。
但直流伺服比较简单，便宜。
永磁交流伺服电动机 20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。
交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。
90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。
交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。
永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。
⑵定子绕组散热比较方便。
⑶惯量小，易于提高系统的快速性波纹管联轴器。
⑷适应于高速大力矩工作状态。
⑸同功率下有较小的体积和重量。
伺服和步进电机伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。
伺服电机知识点总结
伺服电机知识点总结一、伺服电机的概念和原理1. 伺服电机是一种能够通过电子控制系统精确控制旋转角度、转速和位置的电动机，其主要用于需要精确控制位置和速度的机械设备中。
伺服电机的工作原理是通过控制电流和电压来实现精确的位置和速度调节。
2. 伺服电机的原理是基于反馈系统，通过测量输出轴的位置或速度，并将测量结果与期望值进行比较，然后通过调整控制信号来实现调节。
3. 伺服电机通常由电机、编码器、控制器和驱动器四个部分组成。
其中电机负责提供动力，编码器用于测量位置或速度，控制器用于接收输入信号并计算控制信号，而驱动器则用于将控制信号转换为适合电机的电流和电压。
二、伺服电机的特点和优势1. 精确控制：伺服电机能够实现非常精确的位置、速度和转角控制，通常能够达到几千分之一甚至更高的精度。
2. 高性能：伺服电机具有良好的动态特性和响应速度，能够快速进行调节并适应各种工况。
3. 可靠性：伺服电机能够稳定工作在各种环境条件下，并具有较高的寿命和可靠性。
4. 灵活性：伺服电机能够根据不同的应用需求进行灵活的调节和控制，适用范围广。
5. 低能耗：伺服电机能够在工作时根据需要调整功率和能耗，相比传统的电动机能够实现更高的节能效果。
6. 自动化控制：伺服电机可以与各种自动化控制系统集成，实现全面的智能化控制。
三、伺服电机的应用领域1. 机床设备：伺服电机广泛应用于数控机床、加工中心、车床等机械设备中，能够实现精确的切削和加工控制。
2. 包装设备：伺服电机能够在包装机、封口机、打码机等设备中实现高速精准的控制，提高了包装生产效率和质量。
3. 机械手臂：伺服电机可以用于各种类型的机械手臂中，能够实现精确的位置和角度控制，满足不同工厂的自动化生产需求。
4. 自动化设备：伺服电机可以应用于各种自动化生产线，包括装配线、输送线、搬运机等设备中，实现高效的自动化生产。
5. 医疗设备：伺服电机广泛应用于医疗器械、手术机器人等设备中，能够实现高精度的操作和控制。
步进电机伺服电机工作原理通用课件
03 伺服电机在自动化生产线中的应用
自动化生产线中的高精度定位、物料搬运等环节 常常使用伺服电机作为驱动元件，实现高精度的 定位和运动控制。
05
总结与展望
工作原理总结
步进电机工作原理
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机 电元件，通过控制输入的脉冲数量和频率，实现电机的步 进转动。
步进电机在运行过程中不会出现丢步现象，具有较高的可靠性。
02
伺服电机工作原理
伺服电机简介
伺服电机是一种能够精确控制其转动角度和速度 01 的电机，广泛应用于各种自动化设备和控制系统
。
伺服电机通常由定子和转子组成，定子中包含控 02 制磁场方向的线圈，而转子则包含永磁体。
伺服电机具有高精度、快速响应、高动态性能等 03 特点，能够实现精确的位置控制和速度控制。
伺服电机工作原理
伺服电机是一种将输入的电信号转换成角位移或线位移的 机电元件，通过控制输入的电压或电流，实现电机的连续 转动。
两者比较
步进电机和伺服电机在工作原理上存在一定的差异，步进 电机通过控制脉冲数量和频率实现步进转动，而伺服电机 通过控制输入的电压或电流实现连续转动。
应用前景展望
01
步进电机应用前景
通过改变输入到伺服电机的电流或电压的大小和方向，可以精确控制电 机的转动速度和方向，从而实现精确的位置和速度控制。
伺服电机的控制系统通常由控制器、驱动器和电机组成，控制器负责发 送控制信号，驱动器负责将控制器发出的信号转换为能够驱动电机的能 量，而电机则负责执行控制器的指令，实现精确的转动控制。
步进电动机伺服系统介绍(ppt 43页)
步进电机功率驱动器
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5.工作原理
360 一般 θs= m z k
m——绕组相数；
Z——转子齿数。
360
. . 三拍通电激磁，步距角θs = 3 40
= 3o
1
. . 六拍通电激磁，步距角θs = 3
360 40
= 1.5o
2
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定子绕组通断电顺序
→ 转子转向
定子绕组通断电转换频率 → 转子转速
（3）过渡态 指步进电机从一种工作状态进入另一种工作状态。如，
从静止到转动、从转动到静止、从正传到反转等。这
些状态转变的过渡过程为过渡态。 a.启动 电机频率从0增大到fst,转子转速从0增大到nst,当fst高时， 指令中止。 b.制动 从稳步状态fn减小到0时，转子从nn减小到0，当f高时， 产生过冲制动。采用不断降速后制动。 c.反转 从正到反，从反到正。
定子绕组通断电次数
→ 转子转角
❖ 通断电方式
三相单三拍 三相双三拍 三相六拍
A →B →C →A （K=1） AB →BC →CA →AB （K=1） A →AB →B →BC →C →CA →A （K=2）
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6. 步进电机的主要特征
a. 步距误差不积累，转一圈后，步距误差为0
步进电机有两个特点：
时间t1较短 (100-600 s)
➢ 绕组在高压 EH下电流 迅速增大至额定值， 此时低压 EL无效。
➢ t1之后，VT2截止，低压供压， 维持绕组所需的额定电流Ie
EH EL
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➢ EH供电，励磁电流前沿电流 Ip=[EH/(r+R0)](1-e-t/Ti )
交流伺服电机、步进电机、直流伺服电机介绍
交流伺服电机的缺点
• 控制较复杂 • 驱动器参数需要现场调整
– PID参数整定
• 需要更多的连线
驱动器（放大器）工作原理（续）
伺服放大器结构框图
电流PWM控制
• 脉宽调制技术（三角波、正弦波） • 非低噪音模式
驱动器
• 步进电机驱动器（Indexer） • 接受脉冲信号控制绕组电流；环形分配
Torque
IA = 1
IB = 1
P Q Angle
Figure : Rotation in a stepper motor is generated by alternately energizing and de-energizing the poles in the motor’s stator creating torque which turns the rotor.
C1
A2
交流伺服电机结构示意图
交流伺服电机工作原理
• 电子换相（VS 电刷换向）
• 磁极位置检测
霍尔传感器
将3个霍尔传感器装在定子上，各相差120度（不是空间 角度）均布在电机一端。
H1
H2
H3
States 101 100 110 010 011 001
如何放置霍尔传感器？
假设转矩曲线为梯形曲线
三相电流和力矩的关系
Ta
每一相有三个阶段:
• 正向电流 － 1/3 时
Ia
间
• 负向电流 － 1/3 时
Tb
间
• 没有电流 － 1/3 时
Ib
间
在三相中，总是：
Tc
• 一相正向电流
• 一相负向电流
Ic
• 一相没有电流