伺服电机原理及控制应用

步进电机的发展、应用和种类简

介

步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

步进电机依其构造上的差异可分为三大类： （下图一） ? 可变磁阻式（VR型）：

转子以软铁加工成齿状，当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故其

转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并不大。其步进角通常为15°。

? 永久磁铁式（PM型）：

转子由永久磁铁构成，其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。依转

子材质区分，其步进角有45°、90°及7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 ? 混和式（HB型）：

转子由轴向磁化的磁铁制成，磁极做成复极的形式，其乃兼采可变磁阻式步

进电机及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩大、步进角度小。

（图

步进电机的发展、应用和种类简

介

步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

步进电机依其构造上的差异可分为三大类： （下图一） ? 可变磁阻式（VR型）：

转子以软铁加工成齿状，当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故其

转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并不大。其步进角通常为15°。

? 永久磁铁式（PM型）：

转子由永久磁铁构成，其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。依转

子材质区分，其步进角有45°、90°及7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 ? 混和式（HB型）：

转子由轴向磁化的磁铁制成，磁极做成复极的形式，其乃兼采可变磁阻式步

进电机及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩大、步进角度小。

（图

伺服电机

伺服电机（servo motor ）是指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。

工作原理

1、伺服系统（servo mechanism）是使物体的位置、方位、

伺服电机

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。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷

伺服系统控制架构解析及应用

随着计算机控制技术、现代电机调速技术、通讯技术的飞速发展，我们迎来了数字化工厂时代。在数字化工厂方案中，作为柔性制造的终端设备，加工中心、数控机床等已经成为数字工厂必不可少的载体。

数字控制设备的控制核心是计算机技术的延伸，而作为执行机构的伺服系统则是现代电机调速技术的核心。电气伺服系统的原理掌握和维护一直是制约数控设备维修的技术难题，为更好地维护数控设备，需要进行深入探讨和掌握。

本文从伺服系统的检测硬件开始入手，结合对从计算机系统到执行机构的控制模型的探讨，深入解析了伺服系统的原理，及运用控制架构分析故障的方法。

1 几种最常用的位置检测器件

数控机床的测量反馈系统是为测知实际控制输出的大小变化，与给定比较以对控制误差进行校正而设计的。数控系统的位置测量器件种类很多，这里就光电脉冲编码器、旋转变压器做等常见器件做简单介绍。

1.1 相对式光电脉冲编码器

图1：相对式光电脉冲编码器原理图

光电盘 光源 光敏元件 接收整形电路A A* B B* Z Z* 相对式光电脉冲编码器是一种光学器件。它由光源发光，一片透镜收集光源光线并投射到与电机同轴安装的光电盘上。光电盘上刻有等距离的透光

永磁交流伺服电机原理

近年来由于无刷式伺服（马达）电机(brushless servo motor)制造与控制技术的急速发展，再加上大规模集成电路与半导体功率组件的进步 ，使其商品化产品日益增多，在高性能伺服应用场合如计算机控制数值工具机、工业机器人等，均已逐渐取代了传统式的有电刷的直流伺服电机(dc servo motor)。无刷式伺服 电动机主要可分为两大类(表1) (1)无刷式直流伺服电机(brushless dc servo motor)，一般亦称的为永磁式同步电机(PM synchronous motor) 或永磁式交流伺服 电机(PM ac servo motor)，(2)感应式交流伺服电机(induction ac servo motor)。

无刷式直流伺服电机采用内装式的霍尔效应(Hall-effect)传感器组件来检测转子的绝对位置以决定功率组件的触发时序，其效用有如将直流伺服电机的机械式电刷换相(mechanical commutation)改为电子式换相(electronic commutation)，因而去除了直流伺服 电动机因电刷所带来的限制。目前一般永磁式交流伺服电机的回接组件多采用解角器(resolver) 或光

伺服电机的PLC控制方法

以松下Minas A4系列伺服驱动器为例，介绍PLC控制伺服电机的方法。伺服电机有三种控制模式：速度控制，位置控制，转矩控制{由伺服电机驱动器的Pr02参数与32(C-MODE)端子状态选择}，本章简要介绍位置模式的控制方法

一、按照伺服电机驱动器说明书上的\位置控制模式控制信号接线图\连接导线

3(PULS1)，4(PULS2)为脉冲信号端子，PULS1连接直流电源正极(24V电源需串连2K左右的电阻),PULS2连接控制器(如PLC的输出端子)。

5(SIGN1)，6(SIGN2)为控制方向信号端子，SIGN1连接直流电源正极(24V电源需串连2K左右的电阻),SIGN2连接控制器(如PLC的输出端子)。当此端子接收信号变化时，伺服电机的运转方向改变。实际运转方向由伺服电机驱动器的P41，P42这两个参数控制。 7(com+)与外接24V直流电源的正极相连。

29(SRV-0N),伺服使能信号，此端子与外接24V直流电源的负极相连，则伺服电机进入使能状态，通俗地讲就是伺服电机已经准备好，接收脉冲即可以运转。

上面所述的六根线连接完毕(电源、编码器、电机

课程设计报告

（运动控制实践设计报告）

学 院：电气工程与自动化学院 题 目：运动控制实践

专业班级：自动化123班 学 号：21号 学生姓名：谢斌

指导老师：朱文虎 、林飞老师

日 期：2015年1月30日星期五

摘 要

我们生活在信息与科技高速发展的信息时代，高科技产品的更新的换代也是

越来越快。作为21世纪的大学生，我们身处这样的环境中，就必须使自己能够适应这个社会所需。自动化作为处在科技前沿的专业，我们学生就要打好基础， 跟上时代的步伐。

分拣控制系统在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。是工业控制及现代物流系统的重要组成部分，实现物料同时进行多口多层连续的分拣。在社会各行业如：物流配送中心、邮局、仓库等行业得到广泛应用。

本文在对熟悉了自动及分拣系统的原理的基础上，根据一定的分拣要求，采用了整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化，设计了一个物料传送及分拣系统。此系统以PLC为主控制器，结合传感器技术，气动装置和位置控制等技术，并运用梯形图编程，实现对铁质、铝质和不同颜色的材

课程设计报告

（运动控制实践设计报告）

学 院：电气工程与自动化学院 题 目：运动控制实践

专业班级：自动化123班 学 号：21号 学生姓名：谢斌

指导老师：朱文虎 、林飞老师

日 期：2015年1月30日星期五

摘 要

我们生活在信息与科技高速发展的信息时代，高科技产品的更新的换代也是

越来越快。作为21世纪的大学生，我们身处这样的环境中，就必须使自己能够适应这个社会所需。自动化作为处在科技前沿的专业，我们学生就要打好基础， 跟上时代的步伐。

分拣控制系统在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。是工业控制及现代物流系统的重要组成部分，实现物料同时进行多口多层连续的分拣。在社会各行业如：物流配送中心、邮局、仓库等行业得到广泛应用。

本文在对熟悉了自动及分拣系统的原理的基础上，根据一定的分拣要求，采用了整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化，设计了一个物料传送及分拣系统。此系统以PLC为主控制器，结合传感器技术，气动装置和位置控制等技术，并运用梯形图编程，实现对铁质、铝质和不同颜色的材

基于VC++的伺服电机速度控制系统设计

摘 要

本设计完成是基于Visual C++6.0软件下实现伺服电机控制界面的编程，并完成PID控制算法。该控制界面不仅简洁实用，而且具有良好的人机交流部分。

上位机控制界面所实现的功能有电机的启动、停止、正传、反转、速度给定、实时曲线显示等，在完成PID算法后同时下发PID调节后的PWM占空比，实现转速控制。在完成串口通讯编程本文采用MSComm控件实现PC机与单片机通讯，数据的发送与接收采用统一通讯协议，这种方法不仅简单，而且实用。本文采用单片机作为下位机来验证上位机控制功能的实现，单片机作为下位机主要负责直流电机的各种参数数据的采集和模数转换，然后通过串行端口把数据发送给上位机，PC机作为上位机主要负责数据的分析处理和显示。

关键词：伺服电机；VC++；串口通讯；PWM调速；PID；

I

The servo motor speed control system design Based on VC++

Abstract

This design's core is under the software of Visual C++6.0, realizes the serv

伺服马达的原理和应用

点击次数：268 发布时间：2010-01-20

1:伺服马达内部包括了一个小型直流马达；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；及一块电子控制板。其中，高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低

2、微行伺服马达的工作原理 一个微型伺服马达是一个典型闭环反馈系统减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服马达精确定位的目的。

3、如何控制伺服马达 标准的微型伺服马达有三条控制线，分别为：电源、地及控制。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源，电压通常介于4V—6V之间，该电源应尽可能与处理系统的电源隔离（因为伺服马达会产生噪音）。甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合理。

4、伺服马达的电源引线 电源引线有三条，如图中所示