开环伺服系统

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第五章 开环伺服系统

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5.1 概述

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特点：

没有位置反馈和速度反馈回路；

多使用步进电机作为驱动电机；

在工作频率范围内，系统每发出一个脉冲， 步进电机就转过一定的角度(步距角);

工作台的位移量由发送给步进电机的脉冲数 量决定；

工作台的移动速度由发送给步进电机的脉冲 频率决定；

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工作台的移动方向由步进电机绕组的通电顺 序或电流方向决定；

受到步距角的限制，并且对系统误差只能采 用软件补偿的方法解决，所以精度较低；

受到步进电机运行频率的限制，所以速度较 慢。

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5.2 步进电机 (Stepper Motor)按照工作原理分：反应式/变磁阻式 永磁式、永磁感应子式/混合式 按照相数分：三相、四相、五相等 5.2.1反应式步进电机 反应式步进电机又称为可变磁阻式 (Variable Reluctance)步进电机，简称 为VR步进电机。

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5.2.1.1 工作原理

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步进电机从一相通电换接到另一相通电，称为 一拍，每一拍，转子转过一个固定的角度，称 为步距角θ。例子中的步进电机绕阻通电顺序为A-C-B-A…, 则转子顺时针转动，步距角为7.5º ;若绕阻通电 顺序为A-B-C-A … ,则转子逆时针转动。该种 供电方式称为单三拍方式。 双三拍方式： AB-BC-CA-AB … 三相六拍方式： A-AB-B-BC-C-CA-A …

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5.2.1.2 性能指标 步距角θ:步进电机每接收到一个控制脉冲 转子转过的角度。

360o Z N 其中Z为转子齿数，为N供电方式的拍数。步距角决定了系统的分辨率。步进电机每 转动一个步距角引起的工作台移动距离称 为脉冲当量δ。

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l360o i

其中l为丝杠螺距，i为减速齿轮副的传动比。 最大静态转矩Mjmax:步进电机在不改变通电 状态时(转子处在不动状态，即静态),在电 机轴上外加负载转矩，转子会转过一定的角度 (失调角),负载撤销后，转子又回到原来的 位置。步进电机所能够承受的该类负载转矩的 最大值称为最大静态转矩。 最大静态转矩反映了步进电机工作时的带载能 力。

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空载启动(突跳)频率fst:空载时步进电机 由静止突然启动，进入不丢步的正常运行状态 的最高控制脉冲频率。 最大运行频率fw:步进电机不丢步而正常连 续运行的最高控制脉冲频率。 最大运行频率决定了系统的最大速度。 工作台移动速度：

V 60 f mm/min

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5.2.1.3 步进电机的选型 分辨率 最大速度 最大加速度 额定转距 脉冲当量 步距角

最大运行频率 空载启动(突跳)频率 最大静转矩 (5~10倍额定转矩)

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5.2.1.4 反应式步进电机的特点 步距角小，运行频率高，控制方便； 励磁电流大，要求驱动电源的

功率大， 从而效率较低； 电机的内部阻尼小，单步运行振荡时间长；

断电后无定位转矩。

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5.2.2永磁式步进电机永磁式(Permanent Magnet)步进电机， 简称为PM步进电机，其定子或转子的某 一方为永久磁钢。其典型的特点为： 步距角大； 要求驱动电源的功率小，从而效率较高；

电机的内部阻尼大，单步运行振荡时间短； 断电后有定位转矩。

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5.3 步进电机的控制脉冲分配方法硬件方法

通用硬件电路专用硬件电路 软件方法 移位寄存器法 查表法

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5.3.1 硬件脉冲分配方法采用硬件方法进行脉冲分配，控制软件一侧只 需要输出一路脉冲信号和一路方向控制信号， 步进电机绕阻的供电时序由硬件电路生成。

通用硬件电路例如三相六拍

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反 转

正 转

A 1 1 0 0 0 1

B 0 1 1 1 0 0

C 0 0 0 1 1 1

X——方向，1—正转，0—反转

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由以上真值表，可得逻辑表达式为

An 1 X Bn X C n Bn 1 X C n X An C n 1 X An X Bn使用通用IC即可以设计出如上脉冲分配电路。

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专用硬件电路

例如CH250、LCB052等。

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5.3.2 软件脉冲分配方法最常用的软件脉冲分配方法有移位寄存器 法和查表法。 移位寄存器法CF D7 …… D0

0

0

0C

0

0

0B

0

0

1A

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正向： … MOV CL,3 RCR AL,CL NOT AL …

负向： … MOV CL,3 RCL AL,CL NOT AL …

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