步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)，指令信號(hào)是單向流動(dòng)的。開環(huán)系統(tǒng)沒有位置和速度反饋回路，省去了檢測裝置，其精度主要由步進(jìn)電機(jī)來決定，速度也受到步進(jìn)電機(jī)性能的限制，系統(tǒng)簡單可靠，不需要像閉環(huán)伺服系統(tǒng)那樣進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、使用維護(hù)方便、可靠性高、制造成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，在中小型機(jī)床和速度、精度要求不十分高的場合，得到了廣泛的應(yīng)用。

1．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類方式很多，根據(jù)不同的分類方式，可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為多種類型，如表1所示。

步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分，現(xiàn)以圖2所示的反應(yīng)式三相步進(jìn)電機(jī)為例加以說明。定子上有六個(gè)磁極，每個(gè)磁極上繞有勵(lì)磁繞組，每相對(duì)的兩個(gè)磁極組成一相，分成A、B、C三相。在定子的每個(gè)磁極上開了5個(gè)小齒，齒寬相等，齒間夾角是9°。轉(zhuǎn)子無繞組，它是由帶齒的鐵心做成的。有均勻分布的40個(gè)小齒，齒間夾角也是9°。此外，定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯(cuò)開1/3齒距。

2．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)是按電磁吸引的原理工作，現(xiàn)以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明其工作原理。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的定子上有磁極，每個(gè)磁極上有激磁繞組，轉(zhuǎn)子無繞組，有周向均布的齒，依靠磁極對(duì)齒的吸合工作。如圖3所示為三相步進(jìn)電機(jī)，定子上有三對(duì)磁極，分成A、B、C三相。

步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)

開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 見圖1所示

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)，無位置速度反饋。

結(jié)構(gòu)

電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子鐵心通常由硅鋼片疊成。定子和轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒。定子上有A、B、C三對(duì)磁極，在相對(duì)應(yīng)的磁極上繞有A、B、C三向控制繞組。其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。見圖2-5-6所示。

工作原理

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的電動(dòng)機(jī)。用專用的驅(qū)動(dòng)電源向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)供給一系列的且有一定規(guī)律的電脈沖信號(hào)，每輸入一個(gè)電脈沖，步進(jìn)電機(jī)就前進(jìn)一步，其角位移與脈沖數(shù)成正比，電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，而且轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。

步進(jìn)電機(jī)的通電方式

其運(yùn)行方式有：三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍。

每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，以θs表示。

步距誤差是指步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子每一步實(shí)際轉(zhuǎn)過的角度與理論步距角之差值。

步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)控制電路由環(huán)形分配器和功率放大器組成。

（1）環(huán)形分配器

環(huán)形分配器是用于控制步進(jìn)電機(jī)的通電方式的，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按照一定的順序和分配方式加到功率放大器上，控制各相繞組的通電、斷電。環(huán)形分配器功能可由硬件或軟件產(chǎn)生。見圖2、3所示。

（2）驅(qū)動(dòng)放大電路

圖4是一種高低壓驅(qū)動(dòng)線路。

特點(diǎn)：高壓充電，低壓維持。

圖4 高低壓驅(qū)動(dòng)原理

主要特征

（1）最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax

（2）啟動(dòng)頻率

（3）連續(xù)運(yùn)行頻率

（4）矩頻特性

（5）靜態(tài)步矩誤差

步進(jìn)電機(jī)的選擇

步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來了。

　　審核編輯：湯梓紅