通电方式不仅影响步进电动机的矩频特性，对步距
双相通电方式时，称为三相双三拍通电方式。
如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相 通电状态，则这种通电方式称为单双相轮流通电方式。三 相步进电动机采用单双相轮流通电方式时，每个通电循环 中共有六拍，因而又称为三相六拍通电方式。
一般情况下，m相步进电动机可采用单相通电、 双相通电或单双相轮流通电方式工作，对应的通 电方式分别称为m相单m拍、m相双m拍或m相2m拍通 电方式。
半闭环控制
全闭环控制
1.3伺服系统的技术要求
1.系统精度
伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程 度，以误差的形式表现，可概括为动态误差、稳态误 差和静态误差三个方面组成。
2.稳定性
伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后， 系统能够恢复到原来稳定状态的能力；或者当给系统 一个新的输入指令后，系统达到新的稳定运行状态的 能力。
对象
测量、反馈元 件
图1 伺服系统组成原理框图
1.比较环节
比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比 较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的
电路或计算机来实现。
2.控制器
控制器通常是计算机或PID控制电路，其主要任务是对比 较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要 求动作。
逆时针旋转30°
U相通电
V相通电
逆时针旋转30°
W相通电
图3-3 步进电动机运动原理图
假设U相绕组首先通电，则转 子上、下两齿被磁场吸住。然后U 相断电，V相通电，则磁极U的磁场 消失，磁极V产生了磁场，磁极V的 磁场把离它最近的另外两齿吸引过 去，停止在V相通电的位置上，这 时转子逆时针转了30°。
工程师培训资料
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1 概述
• 1.1伺服系统的结构组成
机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多， 但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般 包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较 环节等五部分。
输入指令
比较
调节
执行
被控
输出量
元件
元件
元件
(2)液压式执行元件先将电能变化成液体压力，并用 电磁阀控制压力油的流向，从而使液压执行元件驱 动执行机构运动。
(3)气压式执行元件与液压式执行元件的原理相同， 只是介质由液体改为气体。
1.2伺服系统的分类
Ø 按控制原理的分类
开环控制：没有检测元件，伺服精度取决 于执行机构和传动部件的精度。
闭环控制：基于反馈控制原理工作。
3.执行环节
执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式 的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。机电一体化系统 中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。
4.被控对象 5.检测环节
1.2伺服系统的分类
按执行元件
执行元件是能量变换元件，其目的是控 制机械执行机构运动。机电一体化伺服系 统要求执行元件具有转动惯量小，输出动 力大，便于控制，可靠性高和安装维护简 便等特点。
3.1.3伺服系统的基本组成形式 • 模拟式、混合式、数字式
3.1.3伺服系统的基本组成形式
• 模拟式、混合式、数字式
2 步进式伺服驱动系统 n步进电机的特点
3.2 步进式伺服驱动系统 n步进电机工作原理
逆时针旋转30°
步进电动机按其工作原理 主要可分为磁电式和反应式两 大类。三相反应式步进电动机 的工作原理如图3-3所示，其 中步进电动机的定子上有6个 齿，其上分别缠有U、V、W三 相绕组，构成三对磁极；转子 上则均匀分布着4个齿。步进 电动机采用直流电源供电。当 U、V、W三相绕组轮流通电时， 通过电磁力的吸引，步进电动 机转子一步一步地旋转。
由于采用单相通电方式工作时，步进电动机 的矩频特性（输出转矩与输入脉冲频率的关系） 较差，在通电换相过程中，转子状态不稳定，容 易失步，因而实际应用中较少采用。
T / N·m
六拍 0.3
0.2 双三拍
0.1 单三拍
0
500
1000
1500 f / Hz
不同通电方式时的矩频特性
左图某三相 反应式步进电动 机在不同通电方 式下工作时的矩 频特性曲线。显 然，采用单双相 轮流通电方式可 使步进电动机在 各种工作频率下 都具有较大的负 载能力。
1.3伺服系统的技术要求
3.响应特性 响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决 定了系统的工作效率。响应速度与许多因素有关，如计 算机的运行速度、运动系统的阻尼和质量等。
4.工作频率 工作频率通常是指系统允许输入信号的频率范围。当工作 频率信号输入时，系统能够按技术要求正常工作；而其 它频率信号输入时，系统不能正常工作。
三相反应式步进电动机
• 步进电动机的通电方式
•
如果步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍，
每拍中只有一相绕组通电，其余绕组断电，则这种通电方
式称为单相通电方式。三相步进电动机的单相通电方式称
为三相单三拍通电方式。
如果步进电动机通电循环的每拍中都有两相绕组通电，
则这种通电方式称为双相通电方式。三相步进电动机采用
定子各相轮流通电一次，转子转 一个齿。步进电动机绕组按 U→V→W→U→V→W→U…依次轮流 通电，步进电动机转子就一步步地 按逆时针方向旋转。反之，如果步 进电动机按倒序依次使绕组通电， 即U→W→V→U→W→V→U…则步进 电动机将按顺时针方向旋转。
逆时针旋转30°
U相通电
针旋转
步进电动机绕组每次通断 电使转子转过的角度称之为 步距角。为了减少每通电一 次的转角，在转子和定子上 开有很多定分的小齿。其中 定子的三相绕组铁心间有一 定角度的齿差，当U相定子小 齿与转子小齿对正时，V相和 W相定子上的齿则处于错开状 态。真实步进电动机的工作 原理与上同，只是步距角是 小齿距夹角的1/3。
1.2伺服系统的分类
电磁式
电动机 电磁铁及其它
交流(AC)伺服电动机 直流(DC)伺服电动机
执
液压式
行
元
件
气压式
油缸 液压马达 气缸 气压马达
步进电机 其它电机 双金属片
形状记忆合金
其它
与材料有关
压电元件
(1)电磁式执行元件能将电能转化成电磁力，并用电 磁力驱动执行机构运动，如交流电机、直流电机、 力矩电机、步进电机等。