步进式伺服驱动系统工作原理

步进式伺服驱动系统工作原理

步进式伺服驱动系统主要由步进电机驱动控制线路和步进电机两部分组成，如图5--7所示。驱动控制线路接收来自数控机床控制系统的进给脉冲信号(指令信号)，并把此信号转换为控制步进电机各相定子绕组依此通电、断电的信号，使步进电机运转。步进电机的转子与机床丝杠连在一起，转子带动丝杠转动，丝杠再带动工作台移动。

图 5-7 步进式伺服系统原理框图

下面从步进式伺服系统如何实现对机床工作台移动的移动量、速度和移动方向进行控制三个方面，对其工作原理进行介绍。

1.?工作台位移量的控制

数控机床控制系统发出的 个进给脉冲，经驱动线路之后，变成控制步进电机定子绕组通电、断电的电平信号变化次数 ，使步进电机定子绕组的通电状态变化 次。由步进电机工作原理可知，定子绕组通电状态的变化次数 决定了步进电机的角位移 , ( 即步距角)。该角位移经丝杠、螺母之后转变为工作台的位移量 ， (t为螺距)。即进给脉冲的数量 →定子绕组通电状态变化次数f→步进电机的转角f→工作台位移量 。

2.?工作台进给速度的控制

机床控制系统发出的进给脉冲的频率 ，经驱动控制线路之后，表现为控制步进电机定子绕组通电、断电的电平信号变化频率，也就是定子绕组通电状态变化频率。而定子绕组通电状态的变化频率 决定了步进电机转子的转速ω。该转子转速ω经丝杠螺母转换之后，体现为工作台的进给速度v。即进给脉冲的频率f→定子绕组通电状态的变化频率f→步进电机的转速ω→工作台的进给速度v。

3.?工作台运动方向的控制

当控制系统发出的进给脉冲是正向时，经驱动控制线路，使步进电机的定子各绕组按一定的顺序依次通电、断电；当进给脉冲是负向时，驱动控制线路则使定子各绕组按与进给脉冲是正向时相反的顺序通电、断电。由步进电机的工作原理可知，通过步进电机定子绕组通电顺序的改变，可以实现对步进电机正转或反转的控制，从而实现对工作台的进给方向的控制。

综上所述，在开环步进式伺服系统中，输入的进给脉冲的数量、频率、方向，经驱动控制线路和步进电机，转换为工作台的位移量、进给速度和进给方向，从而实现对位移的控制。

步进电机的驱动控制线路

根据步进式伺服系统的工作原理，步进电机驱动控制线路的功能是，将具有一定频率 、一定数量N和方向的进给脉冲转换成控制步进电机各相定子绕组通断电的电平信号。电平信号的变化频率、变化次数和通断电顺序与进给指令脉冲的频率、数量和方向对应。为了能够实现该功能，一个较完整的步进电机的驱动控制线路应包括脉冲混合电路、加减脉冲分配电路、加减速电路、环形分配器和功率放大器(见图5--8)，并应能接收和处理各种类型的进给指令控制信号如自动进给信号、手动信号和补偿信号等。脉冲混合电路、加减脉冲分配电路、加减速电路和环形分配器可用硬件线路来实现，也可用软件来实现。

图 5-8 驱动控制线路框图