返回主页 退出
第四章
进给运动的控制
第一节．概述
第二节．步进驱动及开环进给控制
第三节．位置检测装置
第四节．交直流伺服驱动装置
一、进给伺服系统的概念及要求：
1概念,进给伺服系统是一种高精度的位置跟踪与定位系统。伺服
（ servo）系统的作用就是严格执行控制系统发出的速度指
令、位置指令。
伺服驱动系统的框图
第
一
节
．
概
述
返回目录 退出 上一页 下一页
从图中驱动装置可划分
1）步进驱动,由步进电机及驱动系统构成，不含有速
度环及位置环
电机分为：反应式（转子为铁芯）
2）直流驱动,采用交直变换原理，根据速度指令输出
相当的直流电压，加到直流电机的电枢上，来改变电机
的转速。电机为恒磁式（励磁为永磁铁）。缺点是存在
机械换向，需维护。
3）交流伺服驱动,根据,n=60f/p
n为电机转速,f为交流电源的频率,p为极对数。
根据速度指令，通过调节输出的 f即可改变电机的转速。
电机为交流同步电机，转子为永磁铁
返回目录 退出 上一页 下一页
2 要求：
1）精度高：精度指定位精度（停止时实际位移与位置指令误
差）
2）轮廓跟随精度（插补运动中位置误差的稳定）
3）快速响应、无超调：加减速时间快、但不能有超调和振荡
调速范围宽。
返回目录 退出 上一页 下一页
一、应用范围,简易型数控机床、普通机床
的数控改造。
第
二
节
步
进
驱
动
及
开
环
进
给
控
制
返回目录 退出 上一页 下一页
二、步进驱动的原理,步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的
执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步
进电机按设定的方向转动一个固定的角度
1组成,步进驱动控制装置、步进电机、减速机构。
实例如下图
2各部分的作用：
数控装置,根据控制要求发出指令脉冲，指令脉冲的个数代表移
动距离；脉冲频率代表移动速度。
每发出一个脉冲电机旋转一个特定的角度，即步距角
环形分配,根据指令方向，依次产生步进电机的各相的通电步
骤，分为硬件环分、软件环分两种。
放大电路,放大环形分配的各相指令，产生步进电机的各相的驱
动电流
返回目录 退出 上一页 下一页
3三相三拍的原理介绍。
做出课件模拟步进电机的动作
步骤
三相是指步进电机有三相定
子绕组，三拍是指每三次转换为一
个循环
三相步进电机，定子有六个
磁极，分为三对，每个磁极上装有
控制绕组。一对磁极通电后，对应
产生 N/S极磁场；转子为带齿的铁
心（反应式）或磁钢（混合式）。
当定子三相依次通电时，三
对磁极依次产生气隙磁场，吸引转
子一步步转动。
返回目录 退出 上一页 下一页
[动画模拟 ]
三相三拍的通电次序为,A-B-C-A;AB-BC-CA-AB
三相六拍的通电次序为,A-AB-B-BC-C-CA-A
可见三相三拍与三相六拍相比较,六拍的步距角
小，精度高。
设 A相首先通电，转子齿与定子 A,A′对齐
（图 a）。然后在 A相继续通电的情况下接通 B相。
这时定子 B,B′极对转子齿 2,4产生磁拉力，使
转子顺时针方向转动，但是 A,A′极继续拉住齿 1、
3，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时
转子的位置如图 3b所示，即转子从图 (a)位置顺时
针转过了 15° 。接着 A相断电,B相继续通电。
这时转子齿 2,4和定子 B,B′极对齐（图 c），转
子从图 (b)的位置又转过了 15 °
4 三相六拍：
返回目录 退出 上一页 下一页
5 三相硬件环分得的驱动控制
如图：
CLK 为指令脉冲 DIR 为旋转方向,FULL/HALF 为整步 /半步的控制。
返回目录 退出 上一页 下一页
6 驱动电路单电源：
Vsr信号为高电平 ---GD（光
电隔离二极管不导通，三极
管截止） ----VT基极有驱动电
流 ----L上通电。
Vsr信号为低电平 ---GD（光
电隔离二极管导通，三极管
导通） ----VT基极没有驱动电
流 ----L上断电。
返回目录 退出 上一页 下一页
高低压驱动电路：
高压充电低压维持，
简介其原理
返回目录 退出 上一页 下一页
三、步进电机的主要技术指标
1 步距角：电机每步的转角称为步距角,步距角越小精度越高。
2 最大静转矩：步进电机最大的承载能力。
3 启动频率：步进电机由静止突然启动，进入不失步的正常运行
的最高频率。超过了启动频率，转子跟不上定子的磁场旋转，会
产生失步。
4 连续运行频率 当电机启动后，能逐渐不失步连续升速的最高频率。
返回目录 退出 上一页 下一页
一、位置检测元件的分类及要求
1 位置检测元件的技术指标：分辨率为位置检测装置
所能测量的最小移动量，分辨率不仅取决于检测元件
还取决于测量电路。
2 位置检测的分类：直接测量：全闭环不受传动精度的
影响有直线光栅尺和感应同步器
间接测量：半闭环，检测角度，受传动精度
的影响有光电编码器，旋转变压器
3 速度检测元件：测速电机，光电编码器。
第
三
节
．
位
置
检
测
装
置
返回目录 退出 上一页 下一页
二、光电编码器
1 构成：光源、指示光栅、圆光
栅、光电元件。
上一页
返回目录 退出 上一页 下一页
2 信号,A/B/C
A\B相差 90度用于计数及方
向判别；
C用于回参考点
通过倍频电路来提高分辨率
返回目录 退出 上一页 下一页
三、光栅尺
光栅尺
外形图
返回目录 退出 上一页 下一页
分类方法 1：物理光栅尺；计量光栅尺
分类方法 2：透射光栅尺；反射光栅尺
分类方法 3：增量式光栅尺；绝对是光栅尺
1 种类：
返回目录 退出 上一页 下一页
2结构,光源、指示光栅、标尺光栅、光电元件。
3 原理 1）、指示光栅与
标尺光栅刻度等宽。
2）、平行装配，且
无摩擦
3）、两尺条纹之间有一
定夹角
4）、当指示光栅与
标尺光栅相对运动时，会
产生与光栅线垂直的横向
的条纹，该条纹为莫尔条
纹，当移动一个栅距时，
摩尔条纹也移动一个纹距
返回目录 退出 上一页 下一页
4 输出信号与测量
电路
1） 产生原理：
返回目录 退出 上一页 下一页
2）鉴相与倍频
返回目录 退出 上一页 下一页
1 应用,应用在早期的数控机床中。
2 电机的结构,定子：永磁体
转子：电枢
检测元件：测速发电机或编码器
3 控制原理,直流电机的机械特性公式：
n=Ua/Ceφ-RaM/CeCmφ2
改变 Ua调速，恒转矩，低速段
改变 φ（弱磁），恒功率，高速段
改变 Ra，一般不用。
一、直流驱动装置
第
四
节
、
交
直
流
伺
服
驱
动
装
置
返回目录 退出 上一页 下一页
4 控制装置,由于使用永磁电机，励磁是不用调节的，装
置仅用来调节电枢电压。
调压装置的类型,a可控硅调压电路,改变可控柜元件的导通
角，从而获得平均电压的调节
返回目录 退出 上一页 下一页
控制框图
返回目录 退出 上一页 下一页
b 晶体管脉宽调制调速系
统 PWM。 功率元件工作在
开关状态，开关频率恒定，
调节一个周期内晶体管的
导通时间来改变直流电机
电枢两端的平均电压
填写
返回目录 退出 上一页 下一页
控制电路框图
各部分的作用
返回目录 退出 上一页 下一页
二者的区别：
可控硅是直接对交流电进行控制
PWM是先将交流整流成稳定的直流电
压，再对直流电压进行开关控制
PWM由于频率高，所以电流脉动小
返回目录 退出 上一页 下一页
二、交流伺服驱动装置
交流伺服电机取代直流伺服电机是由于直流电机存在机械换向，
需定期进行维护。
1交流伺服电机的结构,交流伺服电机也可称为同步电机或里
翻外的直流电机
1．电机轴 2.前端
盖 3.三相绕组线圈
4.压板 5.定子 6.磁
钢 7.后压板
8.动力线接头 9.后
端盖 10.反馈插头
11.脉冲编码器 12.
电机后
返回目录 退出 上一页 下一页
交流伺服驱动、交流伺
服电机及连接图示意
返回目录 退出 上一页 下一页
2 原理,1）给定子通过三相交流电流，由定子产生旋转磁场
2）转子磁场和定子的磁场相吸引，在旋转磁场的带
动下产生旋转。
3）通过转子位置的检测，系统保证旋转过程同步
3、介绍几种交流伺服
电机的控制原理
1）无刷直流电机的
控制
返回目录 退出 上一页 下一页
返回目录退出 返回主页上一页
2） SPWM控制原理
返回目录退出 返回主页上一页
第四章
进给运动的控制
第一节．概述
第二节．步进驱动及开环进给控制
第三节．位置检测装置
第四节．交直流伺服驱动装置
一、进给伺服系统的概念及要求：
1概念,进给伺服系统是一种高精度的位置跟踪与定位系统。伺服
（ servo）系统的作用就是严格执行控制系统发出的速度指
令、位置指令。
伺服驱动系统的框图
第
一
节
．
概
述
返回目录 退出 上一页 下一页
从图中驱动装置可划分
1）步进驱动,由步进电机及驱动系统构成，不含有速
度环及位置环
电机分为：反应式（转子为铁芯）
2）直流驱动,采用交直变换原理，根据速度指令输出
相当的直流电压，加到直流电机的电枢上，来改变电机
的转速。电机为恒磁式（励磁为永磁铁）。缺点是存在
机械换向，需维护。
3）交流伺服驱动,根据,n=60f/p
n为电机转速,f为交流电源的频率,p为极对数。
根据速度指令，通过调节输出的 f即可改变电机的转速。
电机为交流同步电机，转子为永磁铁
返回目录 退出 上一页 下一页
2 要求：
1）精度高：精度指定位精度（停止时实际位移与位置指令误
差）
2）轮廓跟随精度（插补运动中位置误差的稳定）
3）快速响应、无超调：加减速时间快、但不能有超调和振荡
调速范围宽。
返回目录 退出 上一页 下一页
一、应用范围,简易型数控机床、普通机床
的数控改造。
第
二
节
步
进
驱
动
及
开
环
进
给
控
制
返回目录 退出 上一页 下一页
二、步进驱动的原理,步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的
执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步
进电机按设定的方向转动一个固定的角度
1组成,步进驱动控制装置、步进电机、减速机构。
实例如下图
2各部分的作用：
数控装置,根据控制要求发出指令脉冲，指令脉冲的个数代表移
动距离；脉冲频率代表移动速度。
每发出一个脉冲电机旋转一个特定的角度，即步距角
环形分配,根据指令方向，依次产生步进电机的各相的通电步
骤，分为硬件环分、软件环分两种。
放大电路,放大环形分配的各相指令，产生步进电机的各相的驱
动电流
返回目录 退出 上一页 下一页
3三相三拍的原理介绍。
做出课件模拟步进电机的动作
步骤
三相是指步进电机有三相定
子绕组，三拍是指每三次转换为一
个循环
三相步进电机，定子有六个
磁极，分为三对，每个磁极上装有
控制绕组。一对磁极通电后，对应
产生 N/S极磁场；转子为带齿的铁
心（反应式）或磁钢（混合式）。
当定子三相依次通电时，三
对磁极依次产生气隙磁场，吸引转
子一步步转动。
返回目录 退出 上一页 下一页
[动画模拟 ]
三相三拍的通电次序为,A-B-C-A;AB-BC-CA-AB
三相六拍的通电次序为,A-AB-B-BC-C-CA-A
可见三相三拍与三相六拍相比较,六拍的步距角
小，精度高。
设 A相首先通电，转子齿与定子 A,A′对齐
（图 a）。然后在 A相继续通电的情况下接通 B相。
这时定子 B,B′极对转子齿 2,4产生磁拉力，使
转子顺时针方向转动，但是 A,A′极继续拉住齿 1、
3，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时
转子的位置如图 3b所示，即转子从图 (a)位置顺时
针转过了 15° 。接着 A相断电,B相继续通电。
这时转子齿 2,4和定子 B,B′极对齐（图 c），转
子从图 (b)的位置又转过了 15 °
4 三相六拍：
返回目录 退出 上一页 下一页
5 三相硬件环分得的驱动控制
如图：
CLK 为指令脉冲 DIR 为旋转方向,FULL/HALF 为整步 /半步的控制。
返回目录 退出 上一页 下一页
6 驱动电路单电源：
Vsr信号为高电平 ---GD（光
电隔离二极管不导通，三极
管截止） ----VT基极有驱动电
流 ----L上通电。
Vsr信号为低电平 ---GD（光
电隔离二极管导通，三极管
导通） ----VT基极没有驱动电
流 ----L上断电。
返回目录 退出 上一页 下一页
高低压驱动电路：
高压充电低压维持，
简介其原理
返回目录 退出 上一页 下一页
三、步进电机的主要技术指标
1 步距角：电机每步的转角称为步距角,步距角越小精度越高。
2 最大静转矩：步进电机最大的承载能力。
3 启动频率：步进电机由静止突然启动，进入不失步的正常运行
的最高频率。超过了启动频率，转子跟不上定子的磁场旋转，会
产生失步。
4 连续运行频率 当电机启动后，能逐渐不失步连续升速的最高频率。
返回目录 退出 上一页 下一页
一、位置检测元件的分类及要求
1 位置检测元件的技术指标：分辨率为位置检测装置
所能测量的最小移动量，分辨率不仅取决于检测元件
还取决于测量电路。
2 位置检测的分类：直接测量：全闭环不受传动精度的
影响有直线光栅尺和感应同步器
间接测量：半闭环，检测角度，受传动精度
的影响有光电编码器，旋转变压器
3 速度检测元件：测速电机，光电编码器。
第
三
节
．
位
置
检
测
装
置
返回目录 退出 上一页 下一页
二、光电编码器
1 构成：光源、指示光栅、圆光
栅、光电元件。
上一页
返回目录 退出 上一页 下一页
2 信号,A/B/C
A\B相差 90度用于计数及方
向判别；
C用于回参考点
通过倍频电路来提高分辨率
返回目录 退出 上一页 下一页
三、光栅尺
光栅尺
外形图
返回目录 退出 上一页 下一页
分类方法 1：物理光栅尺；计量光栅尺
分类方法 2：透射光栅尺；反射光栅尺
分类方法 3：增量式光栅尺；绝对是光栅尺
1 种类：
返回目录 退出 上一页 下一页
2结构,光源、指示光栅、标尺光栅、光电元件。
3 原理 1）、指示光栅与
标尺光栅刻度等宽。
2）、平行装配，且
无摩擦
3）、两尺条纹之间有一
定夹角
4）、当指示光栅与
标尺光栅相对运动时，会
产生与光栅线垂直的横向
的条纹，该条纹为莫尔条
纹，当移动一个栅距时，
摩尔条纹也移动一个纹距
返回目录 退出 上一页 下一页
4 输出信号与测量
电路
1） 产生原理：
返回目录 退出 上一页 下一页
2）鉴相与倍频
返回目录 退出 上一页 下一页
1 应用,应用在早期的数控机床中。
2 电机的结构,定子：永磁体
转子：电枢
检测元件：测速发电机或编码器
3 控制原理,直流电机的机械特性公式：
n=Ua/Ceφ-RaM/CeCmφ2
改变 Ua调速，恒转矩，低速段
改变 φ（弱磁），恒功率，高速段
改变 Ra，一般不用。
一、直流驱动装置
第
四
节
、
交
直
流
伺
服
驱
动
装
置
返回目录 退出 上一页 下一页
4 控制装置,由于使用永磁电机，励磁是不用调节的，装
置仅用来调节电枢电压。
调压装置的类型,a可控硅调压电路,改变可控柜元件的导通
角，从而获得平均电压的调节
返回目录 退出 上一页 下一页
控制框图
返回目录 退出 上一页 下一页
b 晶体管脉宽调制调速系
统 PWM。 功率元件工作在
开关状态，开关频率恒定，
调节一个周期内晶体管的
导通时间来改变直流电机
电枢两端的平均电压
填写
返回目录 退出 上一页 下一页
控制电路框图
各部分的作用
返回目录 退出 上一页 下一页
二者的区别：
可控硅是直接对交流电进行控制
PWM是先将交流整流成稳定的直流电
压，再对直流电压进行开关控制
PWM由于频率高，所以电流脉动小
返回目录 退出 上一页 下一页
二、交流伺服驱动装置
交流伺服电机取代直流伺服电机是由于直流电机存在机械换向，
需定期进行维护。
1交流伺服电机的结构,交流伺服电机也可称为同步电机或里
翻外的直流电机
1．电机轴 2.前端
盖 3.三相绕组线圈
4.压板 5.定子 6.磁
钢 7.后压板
8.动力线接头 9.后
端盖 10.反馈插头
11.脉冲编码器 12.
电机后
返回目录 退出 上一页 下一页
交流伺服驱动、交流伺
服电机及连接图示意
返回目录 退出 上一页 下一页
2 原理,1）给定子通过三相交流电流，由定子产生旋转磁场
2）转子磁场和定子的磁场相吸引，在旋转磁场的带
动下产生旋转。
3）通过转子位置的检测，系统保证旋转过程同步
3、介绍几种交流伺服
电机的控制原理
1）无刷直流电机的
控制
返回目录 退出 上一页 下一页
返回目录退出 返回主页上一页
2） SPWM控制原理
返回目录退出 返回主页上一页
