第五章伺服系統伺服系統的概念及分類；步進電動機主要特性及其驅動控制；交流電動機伺服系統控制方法。第一節概述伺服系統—以機床運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統。伺服系統的性能影響數控機床—加工精度表面質量可靠性生產效率一、組成與分類按功能分主軸伺服系統進給伺服系統主軸的運動切削動力伺服驅動電路伺服電動機進給傳動機構開環伺服系統有無檢測裝置半閉環伺服系統閉環伺服系統二、伺服系統的基本要求（一）數控機床對進給驅動有如下要求：1．位移精度高——輸出與輸入量符合程度一般為0.01mm~0.001mm。2．調速范圍寬調速范圍——數控機床要求電動機所能提供的nmax：nmin。3．響應速度快響應速度——伺服系統動態品質的重要指標，它反映了系統跟隨精度。4．穩定性好穩定性——系統在給定外界干擾作用下，能在短暫的調節過程后，達到新的或恢復到原來平衡狀態的能力。穩定性直接影響數控加工精度和表面粗糙度。5．低速大轉矩（二）數控機床對主軸驅動的要求：1．切削功率；2．調速范圍；3．恒轉矩或恒功率切削。第二節步進電動機及驅動電路步進電動機——將電脈沖信號轉換為機械角位移的機電執行元件。一、工作原理和主要特性（一）工作原理（二）步進電動機的主要特性1．步距角θs和步距誤差Δθs2．靜態轉矩和矩角特性3．最大起動轉矩Mq4．最高起動頻率

fq5、連續運行的最高工作頻率fmax6、矩頻特性7、步進電動機的選用1）TO>TL

2）θs與機械系統相匹配，以得到機床δP3）負載慣量與起動頻率相匹配，使其最高工作頻率能滿足機床運動部件快速移動的要求。二、步進電動機的驅動控制1、環形脈沖分配器環形脈沖分配器——用于控制步進電動機的通電方式。作用——將CNC裝置送來的一系列指令脈沖依次分配給電動機的各相繞組，控制各相繞組的通電和斷電。2、驅動電源（功率放大器）（1）單電壓驅動電路

（2）高低壓驅動電路

（3）恒流斬波驅動電路

優點—線路簡單。缺點—電流上升速度慢，高頻時帶負載能力較差。

高壓建流低壓穩流優點—在較寬的頻率范圍內有較大的平均電流，能產生較大而且較穩定的電磁轉矩缺點—電流有波谷繞組的脈沖電流上升沿和下降沿較陡，快速響應性好

電路功耗小，效率高

電路能輸出恒定轉矩

三、開環控制步進電動機伺服系統的工作原理1．工作臺位移量的控制L∝N2．工作臺運動方向的控制通電順序四、步進電動機驅動裝置應用實例介紹單相第一位：控制方式的選擇ON一雙脈沖控制方式OFF一單脈沖控制方式

第二位：運行方向的選擇（僅在單脈沖方式時有效）第三位：整/半步運行模式選擇第四位：自動試機運行第三節交流電動機伺服系統一、交流伺服電動機的類型同步型伺服電動機異步型感應伺服電動機（主軸電動機）永磁式同步型交流伺服電動機的主要優點有：1)可靠性高，易維護保養；2)轉子轉動慣量小，快速響應性好；3)有寬的調速范圍，可高速運轉；4)結構緊湊，在相同功率下有較小的重量和體積；5)散熱性能好。二、交流伺服電動機的工作原理二、工作原理轉子是一個具有兩個極的永磁體。同步型電動機的定子繞組接通電源時，產生旋轉磁場（Ns,Ss），以同步轉速ns逆時針方向旋轉。定子磁極Ns(或Ss)緊緊吸住轉子，以同步速ns在空間旋轉。即轉子和定子磁場同步旋轉。MLθMLθ只要負載不超過一定的限度，轉子就始終跟著定子旋轉磁場同步轉動。n與f和p有關，與負載無關。ML三、交流伺服系統的控制方法1、調速方法由電機學原理可知：E=4.44KrfNΦm

當忽略定子阻抗壓降時，定子相電壓U為：U≈E=KEfΦm

電動機轉矩公式為：

T=CTΦmIcosψ

Φm

T

ML>Tmax電動機速度下降直至停轉。

U不變，fΦm

I鐵芯過熱，cosψ電動機帶負載能力降低。在調頻調速中，要求在變頻的同時改變定子電壓U，維持Φm基本不變。由U、f不同的相互關系，可得出不同的變頻調速方式、不同的機械特性。（1）恒轉矩調速（2）恒功率調速（3）恒最大轉矩調速2、變頻器的類型（1）交—交變頻器（2）交—直—交變頻器3、SPWM變頻控制器第四節直流伺服電動機一