交流伺服系統(tǒng).doc

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1、第三節(jié)交流伺服系統(tǒng)交流伺服電機(jī)分兩大類：同步型：多用于機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)控制（運(yùn)動(dòng)，位置）異步型：多用于機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速（調(diào)速）一．異步型交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速的基本原理及特性。轉(zhuǎn)速方程：n=60f1/p*(1-s)=n1(1-s)n—電機(jī)轉(zhuǎn)速n1—定子轉(zhuǎn)速磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速f1—定子供電頻率s—轉(zhuǎn)差率p—極對(duì)數(shù)改變供電頻率f1，可以改變其同步轉(zhuǎn)速n1，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行。也稱為變頻調(diào)速。變頻調(diào)速控制時(shí)，希望電動(dòng)機(jī)的每極磁場(chǎng)保持額定值不變。由。E1=4.44f1N1φm.可知.φm的值是由E1和f1共同決定的，對(duì)E1.f1進(jìn)行適當(dāng)控制，就可使磁通φm保持額定

2、值不變。分兩種情況：1.基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速。從基頻（電動(dòng)機(jī)的額定頻率f1n）向下調(diào)速的情況。要求降低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保持E1/f1=常數(shù)，稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。2．基頻以上的弱磁通變頻調(diào)速?；l開始向上調(diào)速。頻率由額定值f1n向上增大，但電壓V1受額定電壓V1n的限制不能再升高，只能保持V1=V1n不變，必然會(huì)使磁通隨著f1的上升而減小，這屬于近似的恒功率調(diào)速方式，兩種情況綜合起來?？刂品绞饺鐖D3-31所示。一．異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)以正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）型v/f控制變頻調(diào)速系統(tǒng)為例介紹系統(tǒng)結(jié)

3、構(gòu)和工作原理。1．SPWM變頻器圖3-32所示脈寬調(diào)制技術(shù)中，以所期望的波形作為調(diào)試波，受它調(diào)制的信號(hào)稱為載波。在SPWM中常用等腰調(diào)波，與光滑正弦曲線相比較，得到一組等幅而脈沖寬度隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖。輸出基波電壓的大小和頻率可以通過改變正弦調(diào)制信號(hào)的幅值和頻率而改變。1．SPWM逆變器的同步與異步調(diào)制。載頻比N=fc/ff—正弦調(diào)制波的頻率fc—三角載波的頻率載波比N是否改變。分為同步，異步調(diào)制兩種方式。（1）同步調(diào)制在改變f的同時(shí)或正比的改變fc，使N保持不變。優(yōu)點(diǎn)：可保證輸出波形對(duì)稱缺點(diǎn)：當(dāng)輸出頻率很低時(shí)，若仍保持N值

4、不變，會(huì)導(dǎo)致諧波含量變大，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（1）異步調(diào)制改變f的同時(shí)，fc的值保持不變，使N值不斷變化。優(yōu)點(diǎn)：可使逆變器低頻運(yùn)行時(shí)N加大。缺點(diǎn)：可以使N值出現(xiàn)非整數(shù)，可能連續(xù)漂移，正，負(fù)半波不對(duì)稱，當(dāng)N不能是夠大時(shí)，引起電機(jī)工作不平穩(wěn)。（2）分段同步調(diào)制完用的GTR逆變器常用分段同步調(diào)制的方案。圖3-34中恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，低速段采用異步調(diào)制，高速段分段同步化。N值不做改變，恒動(dòng)率，取N=1，保持輸出電壓不變，可克服異步調(diào)制的缺點(diǎn)，保證輸出波形對(duì)稱。1．SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)原理如圖3-35，作用原理：（1）絕對(duì)值運(yùn)算器。根據(jù)電動(dòng)機(jī)正

5、反轉(zhuǎn)的要求，給定電位器輸出正值或負(fù)值電壓。絕對(duì)值運(yùn)算器輸出單一極性的電壓，輸出電壓的數(shù)值與輸入相同，（2）函數(shù)發(fā)生器用來實(shí)現(xiàn)調(diào)速過程中電壓u1和頻率f1的協(xié)調(diào)關(guān)系。函數(shù)發(fā)生器的輸入是正比于頻率f1的電壓信號(hào)，輸出是正比于v1的電壓信號(hào)。（3）邏輯控制器電位器→（正，負(fù)，零電壓）邏輯開關(guān)→SPWM波輸出→（正，逆順序，停轉(zhuǎn)）逆變器→電動(dòng)機(jī)正，旋轉(zhuǎn)，停止。邏輯控制還要完成各種保護(hù)控制第四節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)控制方式：開環(huán)、閉環(huán)開環(huán)：不使用位置，速度檢測(cè)，無反饋，沒有閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，可靠性高。制造成本低等優(yōu)點(diǎn)

6、。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)受控于脈沖量，比直流電動(dòng)機(jī)或者交流電動(dòng)機(jī)組成的開環(huán)控制系統(tǒng)精度高。適用于精度要求不太高的機(jī)電一體化伺服傳動(dòng)系統(tǒng)。圖4-36，開環(huán)步進(jìn)電動(dòng)控制系統(tǒng)框圖。指令脈沖→環(huán)形分配器→功率驅(qū)動(dòng)器→步進(jìn)電動(dòng)機(jī)→負(fù)載→輸出一．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1．結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理分類{磁電式反應(yīng)式反應(yīng)式：步進(jìn)電機(jī)定子繞阻中通以直流電，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)u、v、w三個(gè)磁極繞組依次輪流通電，則就會(huì)依次產(chǎn)生磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。步距角，步進(jìn)電機(jī)每步轉(zhuǎn)過的角度。步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，只要改變通電繞組轉(zhuǎn)換的次序。為使步距角減少，在轉(zhuǎn)子和定子上開有很多定分的小齒，定子上開的齒有意錯(cuò)開

7、一個(gè)角度。1．步進(jìn)電機(jī)的使用特性（1）步距誤差直接影響執(zhí)行部件的定位精度。單相通電時(shí)，步矩誤差決定于定子和轉(zhuǎn)子的分齒精度和各項(xiàng)定子錯(cuò)位角度的精度。多相通電時(shí)不僅與加工裝配精度有關(guān)。還和各相電流的大小、磁路性能等因素有關(guān)。（2）最高啟動(dòng)頻率和最高工作頻率?？蛰d時(shí)，電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并逐步的進(jìn)入穩(wěn)速運(yùn)行，所允許的啟動(dòng)頻率的最高值，稱為最高啟動(dòng)頻率,fg。fg與電機(jī)的負(fù)載慣量J有關(guān)，J↑→fg↓。國(guó)產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)fg最大1000~2000HZ,功率步進(jìn)電機(jī)fg一般為500~800HZ。最高工作頻率，電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能接受的最高頻率。它與步距角一

8、起決定執(zhí)行部件的最大運(yùn)行速度，和fg一樣決定于負(fù)載慣量J，還與定子相數(shù)、通電方式、控制電路的功率驅(qū)動(dòng)器等因素有關(guān)。1．輸出的轉(zhuǎn)矩—頻率特性輸入頻率增高后，輸出力矩Td要降低。應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求參照高頻輸出轉(zhuǎn)矩來