1808喷绘机伺服系统设计.doc

《1808喷绘机伺服系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1808喷绘机伺服系统设计.doc（54页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、Xxxx大学毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目：1808喷绘伺服系统设计姓 名_xx_学院（系）_xx_ 专 业_x_年 级_x_指导教师_xx_ 年 月 日目录摘要- 3 -Abstract- 4 -第一章 前言- 5 -1.1喷绘机：- 5 -1.2主要原理：- 6 -1.3喷绘耗材：- 6 -1.4分辨率的选择：- 6 -1.5喷绘机喷头：- 6 -1.6喷绘机保养技巧：- 7 -1.6.1设备安装完毕后，以及设备启用初期对喷头进行的保养维护- 7 -1.6.2每天工作完成后如何对喷头进行保养维护- 7 -1.6.3发现喷嘴轻微堵塞后的处理方法- 8 -1.6.4在喷绘过程中频繁发

2、生喷嘴堵塞时的处理方法- 8 -1.6.5以上处理方法见效不大或者暂时没有效果时的处理方法- 8 -1.6.6设备预计要48小时以上暂不使用时的处理方法- 9 -1.7喷绘机操作员注意事项- 9 -第二章 伺服电机- 11 -2.1简介- 11 -2.2自动控制系统对伺服电机的基本要求：- 11 -2.3伺服电机的分类：- 11 -2.4直流伺服电机：- 12 -2.4.1普通型直流伺服电机：- 12 -2.4.2盘形电枢直流伺服电机：- 13 -2.4.3空心杯电枢直流伺服电机：- 13 -2.4.4无槽直流伺服电机：- 14 -2.5交流伺服电机- 15 -2.5.1交流异步伺服电动机-

3、15 -2.5.2交流同步伺服电机- 16 -2.5.3交流伺服电动机基本结构- 17 -2.5.4交流伺服电动机的工作原理：- 18 -2.5.5交流伺服电机的特征：- 19 -2.5.6交流电机的特点：- 20 -2.5.7交流伺服电动机有以下三种运行控制方式：- 21 -第三章 伺服系统- 23 -3.1简介：- 23 -3.2主要作用：- 23 -3.3主要结构：- 23 -3.4伺服系统性能的基本要求：- 23 -3.5伺服系统的种类：- 24 -3.6伺服系统的发展：- 24 -第四章 运动控制卡- 26 -4.1简介：- 26 -4.2运动控制卡的出现主要是因为：- 26 -4.

4、3近几年来，基于PC平台的运动控制技术获得了越来越广泛的应用。- 27 -优点：- 27 -4.4应用：- 27 -4.5雷赛 运动控制卡系列-DMC1000：- 28 -4.5.1简介：- 28 -4.5.2特性 ：- 28 -4.5.3硬件规格:- 29 -4.5.4电源功能：- 29 -4.5.5应用范围:- 30 -4.5.6电机控制指标:- 31 -4.5.7信号控制指标 :- 32 -4.5.8 通用指标：- 32 -4.5.9脉冲和方向控制：- 33 -4.5.10控制模式:- 33 -4.5.11运动控制平台位置传感器及控制信号布局：- 36 -第五章 伺服驱动系统- 38 -

5、5.1熔断器:- 38 -5.2编码器：- 38 -5.2.1工作原理：- 39 -5.2.2信号输出：- 39 -5.3伺服驱动器：- 40 -5.3.1工作原理：- 40 -5.3.2伺服驱动器的结构：- 40 -5.3.3伺服驱动器控制电路结构：- 41 -5.3.4主回路接线：- 42 -5.3.5伺服进给系统的要求：- 42 -5.3.6伺服驱动器的作用：- 43 -5.3.7伺服驱动器控制方式：- 43 -5.4元件选择- 44 -5.4.1运动控制卡- 45 -54.2伺服驱动器- 46 -5.4.3伺服驱动系统选型步骤- 49 -5.4.4 伺服电机选择- 50 -5.5 PC

6、总线：- 50 -总 结- 52 -参考文献- 53 -致谢- 54 -1808喷绘机伺服系统设计摘要喷绘机是一种大型打印机系列的产品，没有印刷、写真机清晰度高，但是现在推出的喷绘机，清晰度有大大的提高。喷绘机是喷头在材料上喷出墨水就象打印机一样，它就是一种大幅面的打印机。一般应用在广告行业上，用于大型户外广告。这次设计主要是了解喷绘机的各个组成的相关知识。基本了解运动控制卡DMC1000，伺服驱动器，交流伺服电机等相关设备。设计1808喷绘机的伺服驱动系统。关键词：喷绘机，交流伺服电机，DMC1000运动控制卡，松下伺服驱动器， AbstractInkjet printers used in

7、 printing,than the low-resolution printers and Photo Album,however, the new printing machine high resolution than previous,the same as printers inkjet printers spray ink.It is a large-format printer, generally used for the advertising industry and the large outdoor advertising.The inkjet printers de

8、signed to understand the business knowledge, understand the basic motion control card DMC1000, Panasonic servo drives, AC servo motors and other related knowledge, design 1808Inkjet Printer servo drive system.Keywords：Inkjet Printer, AC servo motor，DMC1000，Panasonic servo drives第一章 前言1.1喷绘机：喷绘机是一种大型

9、打印机系列的产品，没有印刷、写真机清晰度高，但是现在推出的喷绘机，清晰度有大大的提高。喷绘机是喷头在材料上喷出墨水就象打印机一样，它就是一种大幅面的打印机。喷绘机使用溶剂型或UV固化型墨水，其中溶剂型墨水具有强烈的气味和腐蚀性，在打印的过程中墨水通过腐蚀而渗入到打印材质的内部，使得图像不容易掉色，所以具有防水、防紫外线、防刮等特性。UV固化型墨水则是较新的产品，通过紫外光使油墨组分交联而固化，基本无 挥发性有机物，且适合多种基材，有较大的发展空间。 主要应用在广告行业上，用于大型户外广告。喷头可以选择不一定的个数安装，一个喷头的一般寿命为1年。目前国内的主要品牌有：飞图、工正、极限、力宇、迈杰

10、特、赛博、泰威、威斯特、雅色兰、宏华、彩神、乐彩、骜巍机电等。 国外的主要是日本美国等厂家：赛天使、威特、Roland罗兰、MUTOH武藤等，其中惠普也有相应的产品。国外产品普遍比国内产品的价格高，不过相应的精度和寿命也有不俗的表现。 喷绘机按幅面可分为两种：大幅面喷绘机和超大幅面喷绘机大幅面喷绘机其幅宽在一米左右，利用染料性（DyEBASED）墨水喷绘，分辨率较高（可达600-1000DPI），可喷绘至高光相纸产生相片效果。但由于受油墨性能限制，产品不防水、不防紫外线，必须后期覆膜或涂层，适用于效果图及小样等。超大幅面喷绘机的幅宽在3米以上，它利用颜料性（PIGMENT-BASED）油墨喷绘

11、，主要面对户外巨幅广告市场，分辨率能满足户外要求（通常24-70DPI即可完全满足户外需求）。由于采用的喷绘技术及油墨的不同，对承印物的要求也不同。有些喷绘机限定承印物品牌及类型，有些不限定。有些喷绘机要求后期涂层，有些喷绘机的产品可直接应用于户外。另外，由于颜料油墨与染料油墨的色域不同，颜料油墨的色域比染料油墨的色域要窄得多，故采用颜料油墨的超大幅面喷绘机对于色彩的真实再现性在一段时期内还达不到小型写真机的水平 1808喷绘机它的幅宽为1.8米。8个喷头，4色。1.2主要原理： 目前国内使用的喷绘机原理主要有点态喷绘和雾状喷绘两种。美国赛德和以色列赛天使使用点状喷绘原理，威特使用雾状原理。前

12、者适合于制作大画面，对近距离观察小画面制作欠佳。两者原理上的差异导致画面效果的差别。首先雾状喷绘制作的画面轮廓清晰，尤其在制作线条、文字时表现最为明显。其次雾状喷绘使画面模糊，颜色发灰，而点状喷绘虽然在近距离观察时颜色点不柔和，但远距离观察时色彩鲜明，甚至有某种立体感。1.3喷绘耗材： 与彩色喷绘紧密相关的是耗材，重要包含油墨和布基。一般来讲液体油墨都是复印呆板公用配套，相互之间不能取代，布基则与呆板无关。今朝最经常使用的有德国欧特龙，韩国韩华等。前者最大幅宽达5米，后者有2.5米、3.2米，但后者代价廉价不少。实际上这些布自己品质没有太大的不同。一般在户外使用四年以上没问题，而喷绘油墨与布的

13、连系只能包管三年不退色、不掉色。1.4分辨率的选择： 另外在实际制作与使用中发现，客户认为分辨率越高越好，实际上这是一个误区，分辨率的选择应由画面大小和实际安装决定，过高的分辨率在远距离观察时效果反而不好。根据经验，分辨率一般选用18-36dpi比较合适。1.5喷绘机喷头：目前喷绘机喷头主要有四大品牌：日本精工SPT喷绘机喷头、日本柯尼卡喷绘机喷头、英国XAAR（赛尔）喷绘机喷头、美国spectra喷绘机喷头等四大主流的喷头。喷绘机喷头是喷绘机最核心的东西，喷头坏了等于报废，买一个新的喷头价格不菲。所以喷绘机喷头保养十分重要。喷绘机喷头常见故障：喷绘机喷头断墨、喷头堵头、喷头掉膜、喷头斜喷、喷

14、头偏针、喷头断线等等。综上所述常见的状况大部分是因为喷头堵头和操作不当造成，所以操作过程中一定要注意保养性。针对以上故障解决方案：更换喷头过滤网、喷头清洗、喷头贴膜、喷头膜片打磨、电路调整等。1.6喷绘机保养技巧：喷绘机在使用过程中的喷头堵塞问题，主要以“预防为主”。要保持喷头最佳工作状态的最好的方法，是您每天对喷头做一些适当而有效的日常维护，那将大大减少喷嘴堵塞的可能性，因此，请您仔细阅读以下内容并参考操作。1.6.1设备安装完毕后，以及设备启用初期对喷头进行的保养维护1为使喷头进入最佳运作状态，在设备正式开始承接制作业务之前，请务必用12天时间尽最大可能多打印一些画面，画面最好是CMYK

15、4色都用到的，而且在画面的2边都要加上C、M、Y、K 4色色条以确保4个喷头始终处于喷墨状态。2喷绘时最好把最右端清洁站内的保湿海绵连同其托架一起取出。1.6.2每天工作完成后如何对喷头进行保养维护每天所有的打印作业全部完成后，为使喷头保持最佳工作状态且避免由于溶剂性墨水挥发而堵塞喷嘴，请按以下方法喷头进行维护之后让设备过夜。1关闭设备电源。2先用专用清洗液将保湿海绵清洗干净，然后将清洗液倒在海绵上使其浸湿。3将机头移回最右端的清洁站并使喷嘴与保湿海绵紧密结合。4保持这种状态让设备过夜。1.6.3发现喷嘴轻微堵塞后的处理方法1在喷绘过程中发现喷嘴出现轻微堵塞现象后要毫不犹豫地按PAUSE键暂停

16、打印作业，然后用吸尘器或者手动气泵使墨水从喷嘴喷出进行喷嘴清洗，清洗完毕后须用塑料挤压瓶往喷嘴表面喷一些清洗液洗去残留墨水。注意：使用手动气泵时切勿用力过猛，否则会因压力过大而损坏喷头。2及时果断且彻底地处理喷嘴轻微堵塞对于在长时间打印过程中保持喷嘴最佳工作状态是非常重要的！3此外，也有必要仔细检查喷头情况并查找喷嘴堵塞的原因所在。1.6.4在喷绘过程中频繁发生喷嘴堵塞时的处理方法1先按PAUSE键暂停喷绘作业，然后按PURGE键使机头移动到最左端的清洗位置。2保持设备电源处于打开状态，将副墨罐连到机头控制板上的液位感应器信号线全部拔掉。3将喷头上的供墨管（源自副墨罐）拔掉，然后用玻璃注射器抽

17、取专用清洗液清洗喷头，方法：每次用40ml清洗液，每隔10分钟一次，共34次。4 清洗之后重新插上供墨管和液位感应器信号线，然后继续先前暂停的打印作业。1.6.5以上处理方法见效不大或者暂时没有效果时的处理方法1将喷头从喷头托盘中拆下取出。2在干净的玻璃容器(例如：烧杯)中倒入适量专用清洗液，以放入喷头后淹没喷头底部23mm为宜，然后用保鲜膜将玻璃容器密封起来（防灰）静置1天以上。注意：喷头顶端的信号接口切勿接触清洗液，否则会损坏喷头。3喷头浸泡完毕后，在打印机喷头清洗器中倒入适量专用清洗液，再将喷头底部放入清洗液中浸没约23mm，然后启动清洗器，选择专用的喷头清洗器，如果使用一般的超声波清洗

18、器一定要严格控制时间，以防损坏喷头。注：连续使用清洗器清洗不用超过三次。4用玻璃注射器抽取40ml专用清洗液，从喷头上部的供墨管接口处往里注射，注意观察从喷嘴喷出的水线状态，如果所有的水线都很直，说明清洗有效，这个喷头可以继续使用（前提：电路与压电晶体均完好），如果仍有部分水线喷歪，则须按第2、3步骤再做23次。1.6.6设备预计要48小时以上暂不使用时的处理方法如果设备预计要48小时以上暂不使用，必须将喷头中的墨水清洗干净，否则喷嘴中的墨水会因为溶剂逐渐挥发而干结，严重的甚至会对喷嘴产生不可逆的损坏。处理方法如下：1关闭喷绘机的电源。2将机头移到最左端清洁位置，在喷头下方放一个耐腐蚀容器用于

19、盛装清洗废液。3用玻璃注射器抽出或者直接倒出副墨罐中的墨水，然后用专用清洗液将副墨罐洗干净。4将喷头上的供墨管（源自副墨罐）拔掉，然后用玻璃注射器抽取40ml专用清洗液清洗喷头，共做2次。最后不要把喷头中残留的清洗液吹干净，一定要留足够的清洗液在喷头内部，因为清洗液对喷嘴可以起到保湿作用。5将处理过的喷头放入干净的耐腐蚀容器并密封（用保鲜膜就不错）起来后可存放1个月左右。1.7喷绘机操作员注意事项 1 喷绘机对静电比较敏感，设备的地线应在安装人员的指导下一次性处理好。 2 操作控制板或喷头时，一定先断掉喷绘机的总电源，并有防静电措施。 3 计算机系统中的喷绘文件应随时清理，保证硬盘有足够的空间

20、。 4 喷绘软件使用进不能打开其他程序，也不能打开二个喷绘程序。 5 喷绘过程中不能向控制喷绘机的电脑传输文件。 6 电脑系统的参数设置不能随便改去，特别是重装系统时要保证设置准确。 7 拖链中的数据传输电缆线要定期检查磨损情况，保证无断路；短路及信号干扰。 8 如喷绘布太大带不动，会给画面带来横条纹或刮布，也会使喷绘布走步尺寸不准，可以将喷绘布打开一些，使走布均匀。 9 垂直步距的参数在驱动软件中调整，调整方法见软件使用说明。 10 小车行走的噪音加大，要检查滑块或机头，机尾架轴承的磨损情况。 11 电机带电时不能推小车，否则，容易造成各种错位现象发生。 12 驱动器的参数在出厂时已调整好，

21、用户不能擅自改动，如电机使用时发生故障，请详细观察电机报警信号，由专业人员参照说明书处理。 13 同步带拉伸的松紧度要适宜，过紧，过松都不行，用调整螺栓调整。 14 供墨系统的各个管接口必须保证没有泄露。检查墨盒的供墨情况是否正常，保证喷头的供墨管接口处不漏气，供墨管内油墨没气泡，否则会出现供墨不足。 15 如发现上墨速度变慢，必须检查或更换过滤器。 16 喷头上电前应先供墨，因为墨是带走喷头热量的主要途径。 17 喷绘机工作进就使用小车罩，防止油墨污染喷头，连接口，喷头分色板等，否则，容易造成短路事故，损坏喷头。第二章 伺服电机2.1简介伺服电机又称执行电机，在自动控制系统中作为执行元件。它

22、可以将输入的电信号转变为转轴的角位移或角速度输出，通过改变控制电信号的大小和极性，可改变电动机的转速大小和转向。伺服电机在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。2.2自动控制系统对伺服电机的基本要求：（

23、1）无“自转”现象。即要求控制电机在有控制信号时迅速转动，而当控制信号消失时立即停止转动，控制信号消失后，电机仍然转动的现象称为自转，自动控制系统不允许有“自转”现象。（2）空载始动电压低。电机空载时，转子从静止到连续转动的最小控制电压称为始动电压，始动电压越小，电机的灵敏度越高。（3）具有线性的机械特性和调节特性。线性的机械特性和调节特性有利于提高系统的控制精度，能在宽广的范围内平滑稳定地调速。（4）快速响应性好。即要求电机的机电时间常数要小，堵转转矩要大，转动惯量要小，转速能随控制电压的变化而迅速变化。2.3伺服电机的分类：根据伺服电机的控制电压来分伺服电机分为直流伺服电机和交流伺服电机两

24、大类。直流伺服电机输出功率较大，功率范围通常为1600W，有的甚至可达上千瓦，可用于功率较大的控制系统；交流伺服电机输出功率小，功率范围一般为0.1100W，可用于功率小的控制系统。2.4直流伺服电机：直流伺服电机的控制电源为直流电压，根据其功能可分为普通型直流伺服电机，盘形电枢直流伺服电机，空心杯电枢直流伺服电机，无槽直流伺服电机。直流伺服电机也可分为有刷和无刷电机。 有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动

25、平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。2.4.1普通型直流伺服电机： 由转子和定子两大部分组成。根据励磁方式又可分为电磁式和永磁式两种，电磁式伺服电机的定子磁极上装有励磁绕组，励磁绕组接励磁控制电压产生磁通；永磁式伺服电机的磁极时永磁铁，其磁通是不可控的。转子一般由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内装有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷与外边电枢控制电路相连接。为了提高控制精度和响应速度，伺服电机的电枢铁心长度与直径之比比普通直流电机要大，气隙也较小。当定子中的励磁磁通和转子中

26、的电流相互作用时，就会产生电磁转矩驱动电枢转动，恰当地控制转子中电枢电流的方向和大小，就可以控制伺服电机的转动方向和转动速度。电流为零时，伺服电机则停止不动。2.4.2盘形电枢直流伺服电机： 定子由永久磁铁和前后铁轭共同组成，盘形伺服电机的转子电枢由线圈沿转轴的径向圆周排列，盘形绕组中通过的电流是径向电流，而磁通是轴向的，径向电流与轴向磁通相互作用产生电磁转矩，使伺服电机旋转。2.4.3空心杯电枢直流伺服电机：（1） 有一个外定子和一个外定子。（2） 通常外定子有两个半圆形的永磁铁组成，内定子有圆柱形软磁材料组成，仅作为磁路的一部分，以减少磁路的磁阻。（3） 也有内定子由永久磁钢制成，外定子由

27、软磁材料做成。（4） 绕组或采用印制绕组，或先绕成单个成型线圈，然后将他们沿圆周的轴向排列成空心杯型。（5） 电枢直接装在电机轴上，在内外定子间的空隙旋转。（6） 电枢绕组接到转向器上，由电刷引出。2.4.4无槽直流伺服电机：（1） 电枢铁心不开槽（2） 电枢绕组直接排列在铁心表面，再用环氧树脂将其与电枢铁心固化成整体。（3） 定子磁极可由永久磁铁做成，也可用电磁式结构（4） 电机的转动惯性与电枢绕组的电感相较而言较大，因而动态能较大。控制方式：直流伺服电机的控制方式有两种：一种是电枢控制，一种是磁极控制。2.5交流伺服电机交流伺服电机包括交流异步伺服电机和交流同步伺服电机。2.5.1交流异步

28、伺服电动机交流异步伺服电动机指的是交流感应电动机。即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。定子是电动机中不转动的部分，主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现。而是以交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。 交流异步伺服电机的外观及内部结构它有三相和单相之分，也有鼠笼式和线绕式，通常多用鼠笼式三相感应电动机。2.5.2交流同步伺服电机交流同步伺服电机：它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。同步电机结构图因转子转速与定子旋转磁场的转速相同。

29、其转子转速n与磁极对数p、电源频率f之间满足n=60f/p。转速n决定于电源频率f，故电源频率一定时，转速不变，且与负载无关。具有运行稳定性高和过载能力大等特点。常用于多机同步传动系统、精密调速稳速系统和大型设备(如轧钢机)等交流同步伺服电动机虽较感应电动机复杂，但比直流电动机简单。它与感应电动机相比转子却不同。按不同的转子结构又分电磁式及非电磁式两大类。非电磁式又分为磁滞式、永磁式和反应式多种。其中磁滞式和反应式同步电动机存在效率低、功率因数较差、制造容量不大等缺点。数控机床中多用永磁式同步电动机。与电磁式相比，永磁式优点是结构简单、运行可靠、效率较高；缺点是体积大、启动特性欠佳。但永磁式同

30、步电动机采用高剩磁感应，高矫顽力的稀土类磁铁后，可比直流电动外形尺寸约小1/2，质量减轻60，转子惯量减到直流电动机的1/5。它与异步电动机相比，由于采用了永磁铁励磁，消除了励磁损耗及有关的杂散损耗，所以效率高。又因为没有电磁式同步电动机所需的集电环和电刷等，其机械可靠性与感应（异步）电动机相同，而功率因数却大大高于异步电动机，从而使永磁同步电动机的体积比异步电动机小些。这是因为在低速时，感应（异步）电动机由于功率因数低，输出同样的有功功率时，它的视在功率却要大得多，而电动机主要尺寸是据视在功率而定的。2.5.3交流伺服电动机基本结构交流伺服电动机的结构主要可分为两部分，即定子部分和转子部分。

31、交流伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机相似，它的定子上装有两个在空间相差90电角度的绕组，即励磁绕组和控制绕组。运行时励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压，控制绕组上则加大小或相位随信号变化的控制电压。转子的结构形式为笼型转子和空心杯型转子两种。笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同，但转子做的细长，转子导体用高电阻率的材料做成如青铜，黄铜等。其目的是为了减小转子的转动惯量，增加启动转矩对输入信号的快速反应和克服自转现象，为了提高交流伺服电机的快速响应性能，宜把笼形转子做成又细又长，以减少转子的转动惯量。1-空心杯转子 2-外定子 3-内定子 4-机壳 5-端盖非磁性空心杯转子结构图杯子

32、底部固定于转轴上，杯臂薄而轻，厚度一般在0.20.6mm，因而转动惯量小，动作快而灵敏，转动平滑，无抖动现象。由于使用内外定子，气隙较大，故励磁电流较大，体积较大。2.5.4交流伺服电动机的工作原理： 交流伺服电动机的工作原理和单相异步电动机相似，LL是有固定电压励磁的励磁绕组，LK是有伺服放大器供电的控制绕组，两相绕组在空间相差90电角度。 如果IL与Ik 的相位差为90，而两相绕组的磁动势幅值又相等，这种状态称为对称状态。与单相异步电动机一样，这时在气隙中产生的合成磁场为一旋转磁场，其转速称为同步转速。旋转磁场与转子导体相对切割，在转子中产生感应电流。转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩，使

33、转子旋转。如果改变加在控制绕组上的电流的大小或相位差，就破坏了对称状态，使旋转磁场减弱，电动机的转速下降。电机的工作状态越不对称，总电磁转矩就越小，当除去控制绕组上信号电压以后，电动机立即停止转动。这是交流伺服电动机在运行上与普通异步电动机的区别。为了在电机内形成一个圆形旋转磁场，要求激磁电压Uf和控制电压UK之间应有90度的相位差，常用的方法有：1）利用三相电源的相电压和线电压构成90度的移相2）利用三相电源的任意线电压3）采用移相网络4）在激磁相中串联电容器2.5.5交流伺服电机的特征：优点：（1） 因为没有电刷的损耗，因此不需要保养。（2） 没有电刷磨损粉末，因此可以在清洁的环境下使用。

34、（3） 使用高性能的永磁磁极可以达到高效率/高功率。（4） 因为使用逆变器进行交流驱动，所以低振动/低噪音。（5） 反馈的旋转精度及定位性能等基本性能很高。（6） 电机线圈因为是无心的，所以没有齿槽转矩，转矩波动也很小。缺点：（1） 需要根据负荷进行伺服调整。（2） 电机及伺服放大器的价格很高。（3） 因为需要位置感应机构，所以超小型电机很难制作。 交流伺服电机工作原理图2.5.6交流电机的特点：起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图所示与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有岷县的区别。它可使临界转差率So1这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当

35、定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。图伺服电动机的转矩特性 运行范围较宽如图3-3 所示，较差率S在0到1的范围内伺服电动机都能稳定运转。无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1S1、T2S2 曲线）以及合成转矩特性（TS 曲线）如图3-4所示，与普通的单相异步电动机的转矩特性（图中TS 曲线）不同。这时的合成转矩T 是制动转矩，从而使电动机迅速停止运转。 图3.4 伺服电动机单相运行时的转矩特性下图3.5是伺

36、服电动机单相运行时的机械特性曲线。负载一定时，控制电压Uc 愈高，转速也愈高，在控制电压一定时，负载增加，转速下降。图3.5 伺服电动机的机械特性2.5.7交流伺服电动机有以下三种运行控制方式：（1）幅值控制 控制电压与励磁电压的保持相位差90，只改变控制电压幅值，这种控制方法称为幅值控制。当励磁电压为额定电压，控制电压为零时，伺服电机转速为零，电机不转；当励磁电压为额定电压，控制电压也为额定电压时，伺服电机转速最大，转矩也最大；当励磁电压为额定电压时，控制电压在额定电压与零电压之间变化时，伺服电机的转速在最高转速至零转速间变化。（2 ）相位控制 控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变

37、控制电压的相位。通过改变控制电压和励磁电压相位差，实现对伺服电机的控制。（3）幅值相位控制 同时改变控制电压幅值及控制电压和励磁电压的相位差来控制伺服电机的转速。交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。 幅相控制时伺服电机的控制接线图幅相控制的机械特性和调节特性不如幅值控制和相位控制，但由于其电路简单，不需要移相器，因此在实际应用中用得较多。第三章 伺服系统3.1简介：伺服系统又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变

38、换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角），其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。3.2主要作用：1、以小功率指令信号去控制大功率负载；2、在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距同步传动；3、使输出机械位移精确地跟踪电信号，如记录和指示仪表等。3.3主要结构：伺服系统主要由三部分组成：控制器，功率驱动装置，反馈装置和电动机。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行

39、值的差，调节控制量；功率驱动装置作为系统的主回路，一方面按控制量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；电动机则按供电大小拖动机械运转。3.4伺服系统性能的基本要求：（1） 精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。（2） 稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。（3） 快速响应。响应速度时伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。（4） 调速范围快。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比

40、。（5） 低速大转矩。在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。（6） 能够频繁地起动、制动以及反转切换。3.5伺服系统的种类：伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式和气动式三种。按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统，模拟伺服和功率伺服系统，位置伺服、速度伺服和加速度伺服系统等。电气伺服系统根据电气信号可分为直流伺服系统和交流伺服系统两大类。交流伺服系统又有感应电机伺服系统和永磁同步电机伺服系统两种。从系统的结构特点来看，有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。3.6伺服系统的发展：

41、伺服系统的发展与伺服电动机的发展紧密地联系在一起。伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程，电气伺服系统的发展则与伺服电机的不同发展具有紧密的联系，伺服电机至今有50多年的发展历史，经历了三个阶段。第一个阶段（在上世纪60年代以前），伺服驱动是以步进电机驱动的液压伺服马达，或者以功率步进电机直接驱动为特征，伺服系统的位置控制多为开环控制。这一阶段是液压伺服系统的全盛时期。液压伺服系统能够传递巨大的转矩，控制简单，可靠性高，在整个速度范围内保持恒定的转矩输出，主要应用在重型设备和一些关键场合。但它也存在一些缺点，例如发热大，效率低。易污染环境、不易维修等。第二个阶段（20世纪6070年代）6070

42、年代是直流伺服电动机诞生和全盛发展的时代，直流伺服系统在工业及相关领域获得了广泛的应用，伺服系统的位置控制也由开环控制发展成为闭环控制。在数控机床应用领域，永磁式直流电动机占据统治地位，其控制电路简单，无励磁损耗，低速性能好。但是直流伺服电机存在机械结构复杂、维护工作大等缺点,在运行过程中转子容易发热，影响了与其连接的其他机械设备的精度，难以应用到高速及大容量的场合，换向器称成为直流伺服系统驱动技术发展的瓶颈。由于人们通过材料和工艺的改进来尽量提高直流伺服生命力，因此直流伺服电机仍将在相当长的时间内得到应用，只是市场份额预计会持续下降。第三发展阶段（20世纪80年代至今）这一阶段是以机电一体化

43、时代作为背景的。由于伺服电机结构以及永磁材料、半导体功率器件技术、控制技术的突破性进展，出现了无刷直流伺服电机（方波驱动）、交流伺服电机（正弦波驱动）、适量控制的感应电机和开关磁阻电机等新型电机。尤其是80年代以来，矢量技术的不断成熟，极大地推动了交流伺服技术的发展，使交流伺服驱动系统的性能可以与直流伺服系统媲美。伺服系统控制器的实现方式在数字控制中也在又硬件方式向着软件方式发展；在软件方式中也是从伺服系统的外环向内环、进而向接近电动机环路的更深层发展。交流伺服电机克服了直流伺服电机存在的电刷、转向器等机械部件所带来的各种缺点，过载能力强和转动惯量低体现出了交流伺服系统的有优越性。交流伺服系统

44、采用以微处理器为基础的系统级芯片和智能化功率器件，很好的克服了伺服系统中模型参数变化和非线性等不确定因素，提高了系统的鲁棒性和容错性，成功实现了高精度伺服控制。特别是控制理论的新发展及智能控制理论的先进控制策略和基于传统控制理论的传统控制策略完美结合，为交流伺服系统的实习应用奠定了坚实的基础。第四章 运动控制卡4.1简介：运动控制卡是一种基于PC机及工业PC机、 用于各种运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元。运动控制卡是基于PC总线，利用高性能微处理器（如DSP）及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡，包括脉冲输出、脉冲计数、数

45、字输入、数字输出、D/A输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置，它的脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。脉冲计数可用于编码器的位置反馈，提供机器准确的位置，纠正传动过程中产生的误差。数字输入/输出点可用于限位、原点开关等。库函数包括S型、T型加速，直线插补和圆弧插补，多轴联动函数等。产品广泛应用于工业自动化控制领域中需要精确定位、定长的位置控制系统和基于PC的NC控制系统。具体就是将实现运动控制的底层软件和硬件集成在一起，使其具有伺服电机控制所需的各种速度、位置控制功能,这些功能能通过计算机方便地调用。运

46、动控制卡不仅要发送脉冲给电机驱动器，同时接受伺服电机编码器反馈的脉冲数，还接受光栅尺反馈信号，进而控制伺服电机的转速。伺服驱动器既要与运动控制卡有数据线连接，其本身还要连接插座电源。现国内外运动控制卡公司有美国的GALIL、PMAC，英国的翠欧，台湾的台达、凌华、研华，大陆的研控、雷赛、固高、乐创、众为兴等。4.2运动控制卡的出现主要是因为：（1）为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；（2）在各种工业设备（如包装机械、印刷机械等）、国防装备（如跟踪定位系统等）、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；（3）PC机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地，运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC 机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（ 例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和