步进电机及其驱动控制系统页PPT文档
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步进电机及其控制系统课件
被控制的对象，根据控制信号的输入进行旋转。
用于检测步进电机的位置和速度，常见的传感器有光电编码器 和霍尔传感器等。
控制系统的实现方式
硬件实现
01
通过硬件电路实现控制系统的功能，一般适用于简单
的控制系统。
软件实现
02 通过编写程序实现控制系统的功能，一般适用于复杂
的控制系统。
混合实现
03
将硬件和软件结合起来实现控制系统的功能，一般适
技术挑战
随着应用场景的不断复杂化，对步进电机的性能和技术要求也越来越高。如何提高步进电机的性能和技术水平，是当 前亟待解决的问题。
应用前景展望
随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，步进电机在生产线上的应用前景非常广阔。未来，步进电 机将成为实现自动化生产的重要基础元件之一。
步进电机的调试与
05
维护
步进电机的调试方法
确定定步进电机的控制信号和所需脉冲数。
调整脉冲频率和方向
02
根据电机型号和应用需求，调整脉冲频率和方向，以获得最佳
运动效果。
校准位置检测器
03
对准位置检测器与步进电机之间的相对位置，以确保准确控制
。
步进电机的维护周期与内容
日常检查
每天检查步进电机是否有异常声音、振动或气 味。
点。
步进电机的特点
步进电机具有体积小、重量轻、控制精度 高等特点。
应用场景
在生产线上的分拣环节，步进电机作为驱 动源，控制分拣装置的移动和定位，实现 快速、准确的产品分拣。
步进电机在生产线上的应用前景
发展趋势
随着工业自动化的不断发展，步进电机在生产线上的应用将更加广泛。未来，步进电机将朝着控制精度更高、响应速 度更快、可靠性更高的方向发展。
用于检测步进电机的位置和速度，常见的传感器有光电编码器 和霍尔传感器等。
控制系统的实现方式
硬件实现
01
通过硬件电路实现控制系统的功能，一般适用于简单
的控制系统。
软件实现
02 通过编写程序实现控制系统的功能，一般适用于复杂
的控制系统。
混合实现
03
将硬件和软件结合起来实现控制系统的功能，一般适
技术挑战
随着应用场景的不断复杂化，对步进电机的性能和技术要求也越来越高。如何提高步进电机的性能和技术水平，是当 前亟待解决的问题。
应用前景展望
随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，步进电机在生产线上的应用前景非常广阔。未来，步进电 机将成为实现自动化生产的重要基础元件之一。
步进电机的调试与
05
维护
步进电机的调试方法
确定定步进电机的控制信号和所需脉冲数。
调整脉冲频率和方向
02
根据电机型号和应用需求，调整脉冲频率和方向，以获得最佳
运动效果。
校准位置检测器
03
对准位置检测器与步进电机之间的相对位置，以确保准确控制
。
步进电机的维护周期与内容
日常检查
每天检查步进电机是否有异常声音、振动或气 味。
点。
步进电机的特点
步进电机具有体积小、重量轻、控制精度 高等特点。
应用场景
在生产线上的分拣环节，步进电机作为驱 动源，控制分拣装置的移动和定位，实现 快速、准确的产品分拣。
步进电机在生产线上的应用前景
发展趋势
随着工业自动化的不断发展，步进电机在生产线上的应用将更加广泛。未来，步进电机将朝着控制精度更高、响应速 度更快、可靠性更高的方向发展。
第7章步进电动机传动控制系统-PPT课件
图7.5三相六拍通电方式
定子极面小齿和转子上的小齿位 置符合下列规律： 当U相的定子齿和转子齿对齐时， V相的定子齿应相对于转子齿顺 时针方向错开1/3齿距，而W相 的定子齿又应相对于转子齿顺时 针方向错开2／3齿距。也就是说， 当某一相磁极下定子与转子的齿 相对时，下一相磁极下定子与转 子齿的位置刚好错开τ/m．其中， τ为齿距，m为相数；再下一相磁 极下定子与转子的齿则错开2τ／ m；依此类推。 当定子绕组按U-V-W顺序轮流通 电时，转子就顺时针方向一步一 步地移动，各相绕组轮流通电一 图7.6实际的三相反应式步进电动机结构 简图 次，转子就转过一个齿距。
7.1.2小步距角步进电动机
设转子的齿数为Z，则齿距角为
360 z
因为每通电一次(即运行一拍)，转子就走一步，故步距角 为
式中：K为状态系数，相邻两次通电相数一致时K=1，如 单、双三拍时；反之则K=2，如三相六拍时。 若步进电动机的z=40，三相单三拍或三相双三拍时，其 步距角为
结论：
通过以上分析可知，转子的齿数不能任意选取。因为在 同一相的几个磁极下，定转子齿应同时对齐或同时错开， 才能使几个磁极的作用相加，产生足够的反应转矩，而 定子圆周上属于同一相的极总是成对出现的，所以转子 齿数应是偶数。 另外，在不同相的磁极下，定转子相对位置应依次错开 1／m齿距，这样才能在连续改变通电状态下，获得连续 不断的运动。否则，当某一相控制绕组通电时，转子齿 都将处于磁路的磁阻最小位置上，各相绕组轮流通电时， 转子将一直处于静止状态，电动机不能正常转动运行。 为此，要求两相邻相磁极轴线之间转子的齿数为整数加 或减1／m。
第7章步进电动机传动控制系统
第111章步进电动机传动控制系统精品PPT课件
三相反应式步进电动机定子、转子展开图
两相混合式步进电动机定子磁极上的齿与左右段转子齿的 相对位置
B2
A2
B1
A1
N
B2
A2
B1
左段 A1
右段
S
若以转子左段铁心作参考，当A1、A3极上的齿与转子齿对齐时， 则有 A2、A4极上的齿与转子槽相对，B1、B3极上的齿沿顺时针方向超前转 子齿1/4齿距，B2、B4极上的齿沿顺时针方向超前转子齿3／4齿距；在 转子右段铁心，则A1、A3极上的齿与转子槽相对，A2、A4极上的齿与 转子齿对齐，B1、B3极上的齿沿顺时针方向超前转子3/4齿距，B2、 B4极上的齿沿顺时针方向超前转子齿1／4齿距。
7.1.2小步距角步进电动机
设转子的齿数为Z，则齿距角为
360
z
因为每通电一次(即运行一拍)，转子就走一步，故步距角 为
式中：K为状态系数，相邻两次通电相数一致时K=1，如 单、双三拍时；反之则K=2，如三相六拍时。
若步进电动机的z=40，三相单三拍或三相双三拍时，其 步距角为
若按三相六拍运行时，其步距角为
(1)基本工作原理
7.4单三拍通电方式时的转子位置
步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便 转过一个确定的角度，即步进电机的步距角，用θb表示； 改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之 改变。
（2）通电方式
步进电动机的转速即取决于控制绕组通电的频率，又取决 于绕组通电方式。步进电动机的通电方式一般有单相轮流 通电方式、双相轮流通电方式和单双相轮流通电方式 。
步进电动机（Step motor 或Stepping motor），是一种利用电磁感应原理，将电脉 冲信号转换成直线或角位移的执行元件。每 输入一个脉冲，电机就转过一个角度，运行 一步，其运动形式是步进式的，故称为步进 电动机。由于其输入的是脉冲电压，所以又 称脉冲电动机或阶跃电动机。
步进电动机传动控制系统课件
快速性
控制系统应具有快速的响应能 力，能够快速跟踪输入指令的 变化，并快速调整步进电动机 的转动。
可靠性
控制系统应具有较高的可靠性 ，能够长时间稳定运行，并具
有较强的抗干扰能力。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
步进电动机传动控制系 统的应用
在自动化生产线中的应用
REPORT
CATALБайду номын сангаасG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
04
步进电动机传动控制系 统的优化与改进
控制算法的优化
总结词
控制算法的优化是提高步进电动机传动控制系统性能的关键。
详细描述
通过改进控制算法，如采用更精确的模型、引入智能控制策略等，可 以有效提高步进电动机的定位精度、速度控制和动态响应性能。
控制器
根据输入的指令或算法，输出相应的脉冲信 号给驱动器，控制步进电动机的转动。
传感器
用于检测步进电动机的位置、速度等参数， 并将检测结果反馈给控制器。
步进电动机传动控制系统的控制方式
开环控制
半闭环控制
通过控制器输出脉冲信号控制步进电 动机转动，不进行位置反馈控制。
介于开环控制和闭环控制之间的一种 控制方式，通过传感器检测电机轴上 的某些参数，间接反映位置信息，进 行控制。
闭环控制
在开环控制的基础上，增加位置传感 器对步进电动机的位置进行实时检测 ，并将检测结果反馈给控制器，实现 位置的精确控制。
步进电动机传动控制系统的设计原则
稳定性
控制系统应具有良好的稳定性 ，避免因外部干扰或系统内部 参数变化而产生振荡或失控。
步进电动机驱动及其控制56页PPT
步进电动机驱动及其控制
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
▪
谢谢！
56
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
Hale Waihona Puke 27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
▪
谢谢！
56
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
Hale Waihona Puke 27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
步进电机及其驱动控制系统课件
工作原理
步进电机内部通常有多个励磁线圈，当外部施加一系列的电脉冲 信号时，这些线圈按照特定的顺序通电，产生旋转磁场，从而使 电机转子转动。
步进电机的分类与特点
01
分类
按照相数可分为单相、两相和三相步进电机；按照结 构可分为反应式、永磁式和混合式步进电机。
02
1. 定位精度高
步进电机通过接收电脉冲信号来转动，每接收一个脉 冲就转动一定的角度，因此定位精度较高。
步进电机及其驱动控制系统课 件
目
CONTENCT
录
• 步进电机概述 • 步进电机驱动控制系统 • 步进电机的选型与参数计算 • 步进电机驱动控制系统的设计 • 步进电机驱动控制系统的调试与优
化 • 步进电机及其驱动控制系统的发展
趋势与展望
01
步进电机概述
步进电机的定义与工作原理
定义
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 。
细分调整
通过调整细分参数，改善电机的步进精度和 扭矩特性。
热管理
合理设计散热方案，确保电机和驱动器在长 时间工作时温度稳定。
噪声与振动控制
优化机械和电气参数，降低电机运行时的噪 声和振动。
步进电机驱动控制系统的故障诊断与排除
故障现象分析
根据故障现象，分析可能的原因，如电源故障、机械卡滞、参数配置错误等。
控制器
控制器是步进电机驱动控制系统的核心，它负责发 出控制脉冲信号，控制步进电机的运转。
步进电机驱动控制系统的分类
按控制方式分类
可以分为开环控制系统和闭环 控制系统。开环控制系统结构 简单，成本低，但精度不高； 闭环控制系统精度高，但结构 复杂，成本高。
按电机类型分类
可以分为永磁式步进电机、反 应式步进电机和混合式步进电 机等。不同类型电机具有不同 的特性和应用场景。
步进电机内部通常有多个励磁线圈，当外部施加一系列的电脉冲 信号时，这些线圈按照特定的顺序通电，产生旋转磁场，从而使 电机转子转动。
步进电机的分类与特点
01
分类
按照相数可分为单相、两相和三相步进电机；按照结 构可分为反应式、永磁式和混合式步进电机。
02
1. 定位精度高
步进电机通过接收电脉冲信号来转动，每接收一个脉 冲就转动一定的角度，因此定位精度较高。
步进电机及其驱动控制系统课 件
目
CONTENCT
录
• 步进电机概述 • 步进电机驱动控制系统 • 步进电机的选型与参数计算 • 步进电机驱动控制系统的设计 • 步进电机驱动控制系统的调试与优
化 • 步进电机及其驱动控制系统的发展
趋势与展望
01
步进电机概述
步进电机的定义与工作原理
定义
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 。
细分调整
通过调整细分参数，改善电机的步进精度和 扭矩特性。
热管理
合理设计散热方案，确保电机和驱动器在长 时间工作时温度稳定。
噪声与振动控制
优化机械和电气参数，降低电机运行时的噪 声和振动。
步进电机驱动控制系统的故障诊断与排除
故障现象分析
根据故障现象，分析可能的原因，如电源故障、机械卡滞、参数配置错误等。
控制器
控制器是步进电机驱动控制系统的核心，它负责发 出控制脉冲信号，控制步进电机的运转。
步进电机驱动控制系统的分类
按控制方式分类
可以分为开环控制系统和闭环 控制系统。开环控制系统结构 简单，成本低，但精度不高； 闭环控制系统精度高，但结构 复杂，成本高。
按电机类型分类
可以分为永磁式步进电机、反 应式步进电机和混合式步进电 机等。不同类型电机具有不同 的特性和应用场景。
7.2 步进电机及其驱动控制系统
C N C 主要内容7.2 步进电机及其驱动控制系统主要内容：•步进电机的原理；•主要性能参数；•步进驱动的特点；•驱动控制：环形分配器，功放电路。
要求：在掌握原理基础上，注重围绕应用了解各型电机的特点、性能参数、功放电路。
主要内容定义：步进电机是一种脉冲控制的执行元件，将电脉冲转化为角位移。
每给步进电机输入一个脉冲，其转轴就转过一个角度，称为步距角。
✓脉冲数量----位移量；✓脉冲频率----电机转速；✓脉冲相序----方向。
组成：由步进电机驱动电源和步进电机组成，没有反馈环节，属于开环位置控制系统。
7.2.1 步进电机概述主要内容优点：结构简单，价格便宜，工作可靠；缺点：–容易失步（尤其在高速、大负载时），影响定位精度；–在低速时容易产生振动；–细分技术的应用，明显提高了定位精度，降低了低速振动。
应用：要求一般的开环伺服驱动系统，如经济型数控机床、和电加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。
步进电动机的分类按运动方式分：旋转式、直线运动式、平面运动式和滚切运动式。
按工作原理分：反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、混合式。
按结构分：单段式(径向式)、多段式(轴向式)，印刷绕组式。
按相数分：三相、四相、五相、六相和八相等。
按使用频率分：高频步进电动机和低频步进电动机。
(1) 反应式步进电动机极与极之间的夹角为60°，每个定子磁极上均匀分布了五个齿，齿槽距相等，齿距角为9°。
转子铁心上无绕组，只有均匀分布的40个齿，齿槽距相等，齿距角为360°/40＝9°。
单段式的结构：三相反应式步进电动机。
定子铁心上有六个均匀分布的磁极，沿直径相对两个极上的线圈串联，构成一相励磁绕组。
特点：转子无绕组，定转子开小齿、步距小；应用最广。
7.2 步进电机及其驱动控制系统C N C(2) 永磁式步进电动机工作原理：转子或定子一方具有永久磁钢，另一方有软磁材料制成，由绕组轮流通电产生的磁场与永久磁钢相互作用，产生转矩是转子转动。
步进电机及其驱动控制系统PPT教案
实际应用的步进电机如图所示 ，转子铁心和定子磁极上均有 齿距相等的小齿，且齿数要有 一定比例的配合。
步距角α=3600/mZk
式中：
m——定子相数
Z——转子齿数
k——整步或半步系数（整步为 1、半步为2）
例如：图a中，m=3,Z=4,假如 k=1，则α=3600/（3*4*1） =300
图b中，m=3,Z=40,假如k=1，则 α=3600（3*40*1）=30
（2）三相双三拍
1）通电顺序UV→VW→WU→UV顺序通电为正转（顺时针），反 之为反转（逆时针）；
2）当UV相绕组通电时，1、4齿U、V对齐，当换成VW相通电时， 因为原来(a)图上的3、4齿距VW相主磁极近，所以3、4齿顺时 针转动一个步距角300后，3、4齿与VW相主磁极对齐。
3）由于双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持 一相绕组通电，所以工作比较稳定。
1、步进电动机分类
（1）按定子独立绕组数分 两相、三相、四相、五相、六相步进电机。
步进电动机的相数：指定子上的独立绕组数。 （2）按转子性质分
反应式—转子无励磁（无绕组）、也非永磁 铁。
永磁式—转子常为永久磁铁。
2、三相反应式步进电机结构
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。每当转子某一对齿的中心线与定子 磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零 。如果控制线路不停地按一定方向切换定 子绕组各相电流，转子便按一定方向不停 地转动。步进电机每次转过的角度称为步 距角。
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•环形分配器的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，称为硬环分或软环分。
■
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项目6 数控机床的进给伺服系统
（1）硬分配
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14
项目6 数控机床的进给伺服系统
• 脉冲分配器的输入、输出信号一般均为TTL电平，输 出A、B、C信号变为高电平则表示相应的绕组通电， 低电平则表示相应的绕组失电；CP为数控装置发出的 一串脉冲信号，每一个脉冲信号的上升或下降沿到来 时，则改变一次绕组的通电状态；DIR为数控装置发 出的方向信号，其电平的高低即对应电动机绕组通电 顺序的改变，即步进电动机的正、反转，FULL／HALF 用于控制电动机的整步(对三相步进电动机即为三拍 运行)或半步(对三相步进电动机即为六拍运行)。实 用的环形分配器是集成化的专业电路芯片，这些芯片 中通常包括环形分配器和功率放大等。
图a 步进电机简化结构
图b 步进电机常见结构
■
7
项目6 数控机床的进给伺服系统
3、步进电机的工作原理
• 我们以步进电机的简化结构（即定子没有分齿， 转子上有4个齿）为例，分析步进电机的三种工 作方式，继而认识步进电机的工作原理。
• 步进电机的三种工作方式：三相单三拍、三相双 三拍、三相单双六拍。
• 单：每次只给一相绕组通电。 • 双：每次给两相绕组通电。 • 拍：从一种通电状态变为另一种通电状态，称为
项目6 数控机床的进给伺服系统
项目6 数控机床的伺服驱动系统
一．数控机床对伺服系统的要求
1.调速范围要宽 2.精度要高 3.响应要快 4.低速大转矩 5.稳定性要好，可靠性要高。
■
1
项目6 数控机床的进给伺服系统
二．伺服驱动系统的分类
进给伺服驱动系统
步进电动机的驱动控制 直流电动机的晶闸管驱动控制 直流电动机的PWM驱动控制 无刷直流电动机的驱动控制 交流永磁同步电动机的驱动控制
• 3）有一定的步距误差，但旋转一周后，总的误差为 零，没有累计误差。
• 4）步进电动机的效率较低，拖动负载的能力不大， 调速范围不宽，最高输入频率不超过25KHZ，否则会 失步。
■
12
项目6 数控机床的进给伺服系统
二、步进电机的驱动控制系统
步进电机驱动控制系统由环形分配器和功率放大器组成。
1、环形分配器
■
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项目6 数控机床的进给伺服系统 （2）三相双三拍
• 1）通电顺序UV→VW→WU→UV顺序通电为正转（顺时针），反 之为反转（逆时针）；
• 2）当UV相绕组通电时，1、4齿U、V对齐，当换成VW相通电时， 因为原来(a)图上的3、4齿距VW相主磁极近，所以3、4齿顺时 针转动一个步距角300后，3、4齿与VW相主磁极对齐。
一拍。
■
8
项目6 数控机床的进给伺服系统 （1）三相单三拍
•1）在磁拉力的作用下，转子上的齿与主磁极对齐。 •2）当由U相绕组通电（1、3齿与U1、U2对齐）换成V相通电时，因为原来(a) 图上的2、4齿距V相主磁极近，所以2、4齿顺时针转动一个步距角300 •3）当U→V→W→U顺序通电为正转（瞬时针）时，则U→W→V→U顺序通电为 反转（逆时针）；且一个循环周期为3拍。 •4）由于每次只有一相绕组通电，转子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。
■
4
项目6 数控机床的进给伺服系统
1、步进电动机分类
（1）按定子独立绕组数分 两相、三相、四相、五相、六相步进电机。
• 步进电动机的相数：指定子上的独立绕组数。 （2）按转子性质分
反应式—转子无励磁（无绕组）、也非永磁 铁。
永磁式—转子常为永久磁铁。
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项目6 数控机床的进给伺服系统
2、三相反应式步进电机结构
主轴伺服驱动系统
直流电动机的晶闸管驱动控制 三相交流异步电动机的驱动控制
■
2
项目6 数控机床的进给伺服系统
任务6.构成开环控制系 统，在精度要求不高的经济型 数控机床或普通机床的数控改 造中比较常见。
工作台
指令脉冲
步进电机
驱动控制
线路
齿轮箱
开环控制系统简图
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。每当转子某一对齿的中心线与定子 磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。 如果控制线路不停地按一定方向切换定子 绕组各相电流，转子便按一定方向不停地 转动。步进电机每次转过的角度称为步距 角。
■
实际应用的步进电机如图所示， 转子铁心和定子磁极上均有齿 距相等的小齿，且齿数要有一 定比例的配合。
6
项目6 数控机床的进给伺服系统
• 步距角α=3600/mZk
式中： m——定子相数 Z——转子齿数 k——整步或半步系数（整步为
1、半步为2） 例如：图a中，m=3,Z=4,假如
k=1，则α=3600/（3*4*1） =300 图b中，m=3,Z=40,假如k=1，则 α=3600（3*40*1）=30
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项目6 数控机床的进给伺服系统
•步进电动机是一种把电脉冲信号转换成角位移 的电机。其转子的转角与输入的脉冲数成比， 转子的转速与脉冲的频率成正比，转向取决于 步进电机的各相通电顺序。并且保持电机各相 通电状态就能使电机自锁。 •但由于该系统没有反馈检测环节，其精度主要 由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能 的限制。
• 3）由于双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持 一相绕组通电，所以工作比较稳定。
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项目6 数控机床的进给伺服系统 （3）三相单双六拍
• 1）通电顺序U → UV → V → VW → W → WU → U顺序通 电为正转，反之为反转；
• 2）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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项目6 数控机床的进给伺服系统
4、步进电机的特点
• 1）步进电动机受脉冲的控制。脉冲的频率决定电机 的转速，脉冲的个数决定电机的旋转角位移，改变脉 冲的通电相序可改变步进电动机的转向。
• 2）维持定子绕组的电流不变，步进电动机将停在某 一位置上不动，即步进电动机具有自整角能力，不需 要机械制动。
环形分配器功能可由硬件或软件产生，称为硬环分或软环分。
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项目6 数控机床的进给伺服系统
（1）硬分配
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项目6 数控机床的进给伺服系统
• 脉冲分配器的输入、输出信号一般均为TTL电平，输 出A、B、C信号变为高电平则表示相应的绕组通电， 低电平则表示相应的绕组失电；CP为数控装置发出的 一串脉冲信号，每一个脉冲信号的上升或下降沿到来 时，则改变一次绕组的通电状态；DIR为数控装置发 出的方向信号，其电平的高低即对应电动机绕组通电 顺序的改变，即步进电动机的正、反转，FULL／HALF 用于控制电动机的整步(对三相步进电动机即为三拍 运行)或半步(对三相步进电动机即为六拍运行)。实 用的环形分配器是集成化的专业电路芯片，这些芯片 中通常包括环形分配器和功率放大等。
图a 步进电机简化结构
图b 步进电机常见结构
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3、步进电机的工作原理
• 我们以步进电机的简化结构（即定子没有分齿， 转子上有4个齿）为例，分析步进电机的三种工 作方式，继而认识步进电机的工作原理。
• 步进电机的三种工作方式：三相单三拍、三相双 三拍、三相单双六拍。
• 单：每次只给一相绕组通电。 • 双：每次给两相绕组通电。 • 拍：从一种通电状态变为另一种通电状态，称为
项目6 数控机床的进给伺服系统
项目6 数控机床的伺服驱动系统
一．数控机床对伺服系统的要求
1.调速范围要宽 2.精度要高 3.响应要快 4.低速大转矩 5.稳定性要好，可靠性要高。
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二．伺服驱动系统的分类
进给伺服驱动系统
步进电动机的驱动控制 直流电动机的晶闸管驱动控制 直流电动机的PWM驱动控制 无刷直流电动机的驱动控制 交流永磁同步电动机的驱动控制
• 3）有一定的步距误差，但旋转一周后，总的误差为 零，没有累计误差。
• 4）步进电动机的效率较低，拖动负载的能力不大， 调速范围不宽，最高输入频率不超过25KHZ，否则会 失步。
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项目6 数控机床的进给伺服系统
二、步进电机的驱动控制系统
步进电机驱动控制系统由环形分配器和功率放大器组成。
1、环形分配器
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项目6 数控机床的进给伺服系统 （2）三相双三拍
• 1）通电顺序UV→VW→WU→UV顺序通电为正转（顺时针），反 之为反转（逆时针）；
• 2）当UV相绕组通电时，1、4齿U、V对齐，当换成VW相通电时， 因为原来(a)图上的3、4齿距VW相主磁极近，所以3、4齿顺时 针转动一个步距角300后，3、4齿与VW相主磁极对齐。
一拍。
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项目6 数控机床的进给伺服系统 （1）三相单三拍
•1）在磁拉力的作用下，转子上的齿与主磁极对齐。 •2）当由U相绕组通电（1、3齿与U1、U2对齐）换成V相通电时，因为原来(a) 图上的2、4齿距V相主磁极近，所以2、4齿顺时针转动一个步距角300 •3）当U→V→W→U顺序通电为正转（瞬时针）时，则U→W→V→U顺序通电为 反转（逆时针）；且一个循环周期为3拍。 •4）由于每次只有一相绕组通电，转子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。
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1、步进电动机分类
（1）按定子独立绕组数分 两相、三相、四相、五相、六相步进电机。
• 步进电动机的相数：指定子上的独立绕组数。 （2）按转子性质分
反应式—转子无励磁（无绕组）、也非永磁 铁。
永磁式—转子常为永久磁铁。
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2、三相反应式步进电机结构
主轴伺服驱动系统
直流电动机的晶闸管驱动控制 三相交流异步电动机的驱动控制
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任务6.构成开环控制系 统，在精度要求不高的经济型 数控机床或普通机床的数控改 造中比较常见。
工作台
指令脉冲
步进电机
驱动控制
线路
齿轮箱
开环控制系统简图
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。每当转子某一对齿的中心线与定子 磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零。 如果控制线路不停地按一定方向切换定子 绕组各相电流，转子便按一定方向不停地 转动。步进电机每次转过的角度称为步距 角。
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实际应用的步进电机如图所示， 转子铁心和定子磁极上均有齿 距相等的小齿，且齿数要有一 定比例的配合。
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项目6 数控机床的进给伺服系统
• 步距角α=3600/mZk
式中： m——定子相数 Z——转子齿数 k——整步或半步系数（整步为
1、半步为2） 例如：图a中，m=3,Z=4,假如
k=1，则α=3600/（3*4*1） =300 图b中，m=3,Z=40,假如k=1，则 α=3600（3*40*1）=30
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项目6 数控机床的进给伺服系统
•步进电动机是一种把电脉冲信号转换成角位移 的电机。其转子的转角与输入的脉冲数成比， 转子的转速与脉冲的频率成正比，转向取决于 步进电机的各相通电顺序。并且保持电机各相 通电状态就能使电机自锁。 •但由于该系统没有反馈检测环节，其精度主要 由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能 的限制。
• 3）由于双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持 一相绕组通电，所以工作比较稳定。
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项目6 数控机床的进给伺服系统 （3）三相单双六拍
• 1）通电顺序U → UV → V → VW → W → WU → U顺序通 电为正转，反之为反转；
• 2）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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4、步进电机的特点
• 1）步进电动机受脉冲的控制。脉冲的频率决定电机 的转速，脉冲的个数决定电机的旋转角位移，改变脉 冲的通电相序可改变步进电动机的转向。
• 2）维持定子绕组的电流不变，步进电动机将停在某 一位置上不动，即步进电动机具有自整角能力，不需 要机械制动。