运动控制技术与应用课件第三章.ppt

*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,运动控制技术与应用,数维实训室,-,郑玉龙,3,运动控制系统的执行器（,Actuator,）,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,执行器（,Actuator,）,分为电动、气动、液压与电液执行器，通常包含驱动,/,放大器和具体执行元件,3.3,无刷直流电机,3.4,交流伺服电机,3.5,两相交流伺服电机,3.6,永磁同步电机,3.6.1,永磁同步电机的结构、原理,3.6.2,永磁同步电机的特点及应用,3.7,其他特殊电机,3.8,液压与气动,3.2,直流伺服电机,3.21,结构与工作原理,3.2.2,机械特性,3.2.3,驱动技术,3.2.4,特点及应用,3,.1,步,进电机,3.1.1,步进电机分类、工作原理特点,3.1.2,步进电机运行特性,3.1.3,步进电机驱动器,3.1.4,步进电机的控制,3.1.5,步进电机的选用,3-1,步进电机（,Steping,Motor,）,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-1-1,步进电机结构（,Steping,Motor,）,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-1-1,步进电机结构特点,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,原理,特点,输出角位移与输入脉冲成正比，转速与脉冲频率成正比，控制输入脉冲数量、频率及电机各相绕组的通电顺序，就可以得到各种需要的运行特性。,步进电机按外施加脉冲指令一步步旋转，调速范围宽，易于控制，停机后具有自锁功能；结构简单，易于维护成本低，可靠性高，用于小型和速度、精度要求不高的场合。,缺点,失步：大负载和高速环境易发生。,横流斩波、,PWM,驱动、微步驱动、超微步驱动技术发展，使得低频震荡得以改善,3-1-1,步进电机工作原理,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,A,相励磁,B,相励磁,将,A,相励磁使磁极,磁化,成,S,极，将与带有,N,极磁性的 转子,1,的小齿互相吸引，并与带有,S,极磁性的转子,2,的小齿相斥，于平衡后停止。此时，没有励磁的,B,相磁极的小齿和带有,S,极磁性 的转子,2,的小齿互相偏离,0.72,。,B,相励磁,其次由,A,相励磁转为,B,相励磁时，,B,相磁极磁化成,N,极，与拥有,S,极磁性的转子,2,互相吸引，而与拥有,N,极磁性的转子,1,相斥。,励磁,工作原理：,基于电磁铁作用原理，磁通总是沿着磁阻最小路径闭合。,励磁，励磁就是指电动机线圈通电时的状态。,3-1-2,步进电机运行特性,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,运转需要的,三要素：,控制器、,驱动器、,步进电机,运转量与脉冲数的比例关系,运转速度与,脉冲速度,的比例关系,3-1-1,步进电机控制电气原理图,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,运转量与脉冲数的比例关系,运转速度与,脉冲速度,的比例关系,3-1-1,步进电机高低压功率驱动原理图,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-1-1,步进电机斩波恒流功率驱动,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-1-1,步进电机细分,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-1-1,步进电机斩波恒流功率驱动,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-1-2,步进电机控制信号典型接线图,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-1-3,步进电机驱动器,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-2,直流伺服电机,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,伺服电机,将控制信号转换成其轴上的转角或转速，带动被控制对象工作：,交流伺服电机,直流伺服电机,3-2,直流伺服电机（,DC Servo Motor,）,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,输出转速与输入,信号的线性关系,好也称控制性能,好。,有控制信号输入,时伺服电机转动；,无控制信号输入,时，则停止。,改变控制电压大,小或相位、极性,就可以改变电机,的转速和方向,电机与编码器等,反馈元件作为一,体，与普通电机,相比，具有：,调速范围宽,转子惯量小，能,实现快速启动和,停止。,过载能力强,可靠性高,良好的可控性,良好的调速性,起动转矩大,机械性和调节性好,特点,结构,优点,3-2-1,直流伺服电机的结构与原理,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,按运动状态：,定子：固接在机壳上，为静止部分，由定,子铁芯与励磁绕组或永磁体、电刷,装置所构成；,2),转子：为旋转部分，由电枢铁心、电枢绕,组、换向器、输出轴等组成。,按功能：,磁极、电枢绕组、换向器和电刷三部分。,磁极在定子上，电枢绕组在转子上；,换向器在转子上，电刷在定子上。,直流电机的结构,3-2-1,直流伺服电机的结构与原理,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-2-1,直流伺服电机的结构与原理,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,直流电动机的定子有一对主磁极，安装在机座上，机座也叫磁轭，是主磁极磁力线的通路。磁极与磁轭都是用导磁良好的钢铁制成。,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,在主磁极上安装有励磁绕组，绕组通电后就会在两个主磁极间产生主磁场,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,直流电机转子也称为电枢，电枢铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，铁芯圆周均匀分布,18,个槽，用来嵌放电枢绕组。电枢铁芯直径比主磁极间距离略小点。,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,定子铁芯与转子铁芯的磁路图，浅蓝色箭头线表示磁力线,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,把绕制好的电枢绕组嵌入电枢槽内，每个绕组都有一对引出线,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,换向器有,18,个铜制换向片，排成圆筒形，固定在一个绝缘套筒上，换向片间留有缝隙，相互绝缘。图,6,用两个角度展示换向器的外观。,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,把换向器安装在电枢转轴上，把电枢绕组的引出线按规律焊接在换向片上,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,为散去电机发出的热量，还要在电枢转轴上安装风扇,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,电枢绕组通过电刷供电，电刷的主要成份是石墨，导电良好又润滑。电刷固定在刷握内，由弹簧片压向换向器。,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,电刷装置与换向器的位置关系，根据电枢绕组的常用绕法的线端头与换向器焊接位置，当磁极在上下方时两个电刷组分布在换向器上下两侧,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,把电枢插入定子主磁极之间,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,在电机前后两侧装上端盖（剖面），端盖上有轴承，支持电枢的旋转。电刷装置也固定在端盖上,3-2-1,直流伺服电机的结构,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,在电机端盖上有散热通风孔，在机座上有出线盒,3-2-1,直流伺服电机的原理,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,在两电刷上接通电源，可在图上看到每个线槽中线框的电流方向，线框受磁场作用力，转子开始旋转，线框受力方向依左手定则判断。,3-2-1,直流伺服电机的原理,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-2-1,直流伺服电机的原理,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-2-2,直流伺服电机的机械特性,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,改变电机的电压、磁通或电机的电枢电阻均可以改变电机转速；当改变电机的电压进行调速时，机械特性是一组平行直线，当达到额定电压时，可采用减少磁通来该提高转速；,改变电枢电压调速为恒转矩调速；弱磁调速属于恒功率调速；电枢窜电阻运行效率低，应用于小功率或特殊场合。,.,3-2-3,直流伺服电机的驱动技术,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,直流电机可分为：,1),电磁式；,2),永磁式,电磁式又可分为：,1),他励直流电机；,2),自励直流电机,3-2-3,直流伺服电机的驱动技术,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,变流机组,有交流异步电动机（异步或同步）拖动直流发电机组实现变流，由直流,.,发电机组给需要调速的直流电动机供电，调节只留发电机的励磁电流，调节电动机的转速,可控硅,有晶闸管半桥或全桥整流给直流电机励磁，通过改变晶闸管导通角来改变电动机的励磁电压，从而改变电动机的转速。,PWM,通过改变脉冲宽度从而改变只留电动的励磁电压来改变电动机的转速,可控硅调速,直流斩波或脉宽调速,旋转变流机组,3-2-3,直流伺服电机的驱动技术,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-2-3,直流伺服电机的驱动技术,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-2-3,直流伺服电机的驱动技术,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-2-3,直流伺服电机的驱动技术,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-3,无刷直流电动机,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,采用有,18,个凸极的内定子，由冲制的硅钢片叠成,.,3-3,无刷直流电动机,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,内定子机架与转轴机座固定,.,3-3,无刷直流电动机,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,在定子凸极上绕有励磁线圈，用来产生旋转磁场。,.,3-3,无刷直流电动机,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,在定子凸极上绕有励磁线圈，用来产生旋转磁场。,.,3-3,无刷直流电动机,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,在定子机架上还安装有,4,个反射式光电开关元件，与转子外壳内安装的编码盘一同组成转子位置检测装置。,3-3,无刷直流电动机,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,外转子由六片圆弧片状永磁体磁极组成，磁极采用强永磁材料制成，磁场方向为径向，相邻磁极磁场方向相反，三个磁极,N,极向内，三个磁极,S,极向内。磁极粘贴在机壳（上端盖）内圆周，机壳又是磁軛，提供转子磁路。在外转子内还安装有编码盘与定子上的反射式光电开关元件一同组成转子位置检测装置。下面是外转子的正视图与侧视图。,3-3,无刷直流电动机,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,将外转子安装在转轴机座的轴承上,3-3,无刷直流电动机,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,安装好上端盖（机壳）与下端盖，一个外转子直流无刷永磁电动机就组装好了。,3-3,无刷直流电动机,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,安装好上端盖（机壳）与下端盖，一个外转子直流无刷永磁电动机就组装好了。,3-3,无刷直流电动机驱动,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-3,交流伺服电机概述,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-3,交流伺服电机概述,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,3-3,交流伺服电机概述,绪论,传感器与检测,执行器,步进伺服系统,直流伺服系统,交流伺服系统,位置伺服与多轴,现场总线运动控制,雕刻机控制系统,S120,运动控制,沈阳航空职业技术学院,Diagram,Add your title in here,Add your title in here,Add your title in here,ThemeGallery is a Design Digital Content&Contents mall,developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery is a Design Digital Content&Contents mall,developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery is a Design Digital Content&Contents mall,developed by Guild Design Inc.,Diagram,Click to add Text,Click to add Text,Click to add Text,Click to add Text,Click to add Text,Click to add Text,Click to add Text,Click to add Text,Click to add Text,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,Diagram,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,Diagram,Text in here,Text in here,Text in here,Title,Title,ThemeGallery is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,Diagram,Add Your Text,Click to add Text,Click to add Text,Click to add Text,Your Text Here,Click to add Text,Click to add Text,Click to add Text,Title,Add your text,Diagram,Add your text in here,Your text in here,Your text in here,Your text in here,Add your text in here,Your text in here,Your text in here,Your text in here,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,Diagram,Text in here,ThemeGallery,is,a Design Digital Content,&Contents mall developed,by Guild Design Inc.,Text in here,ThemeGallery,is,a Design Digital Content,&Contents mall developed,by Guild Design Inc.,Text in here,ThemeGallery,is,a Design Digital Content,&Contents mall developed,by Guild Design Inc.,Text in here,Text in here,Text in here,Block Diagram,Text in here,Text in here,Add your text in here,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,Text in here,3-D Pie Chart,Text1,Text2,Text3,Text4,Text5,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,Text in here,Text in here,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,Text in here,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,3-D Pie Chart,A.Products,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,B.Products,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,Add your text in here,Diagram,Click to add Text,Add your text in here,Your text in here,Your text in here,ThemeGallery,is a Design Digital Content&Contents mall developed by Guild Design Inc.,Click to add Text,Click to add Text,Add your text in here,Your text in here,Your text in here,Add your text in here,Your text in here,Your text in here,Add your company slogan,Thank You!,