点位控制系统动力装置

点位控制系统步进电机

步进电机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机。它可以看作是一种特殊运动方式的同步电机。它由专用驱动器将数字脉冲输入转换为模拟输出运动，输入一个脉冲，步进电机就移动一步，它是步进式运动的，称为步进电动机。

步进电机是受脉冲信号控制，因此它适合于作为数字控制系统的伺服元件，它的直线位移量或角位移量与电脉冲成正比，所以电机的线速度或转速也与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低就可以在很大的范围内调节电机的转速，并能快速启动，制动和反转。

控制步进电机的脉冲信号要经过放大才能使电机运行，这就是步进电机驱动器，它是步进电机系统的重要组成部分，是不可缺少的部分。控制器产生的电脉冲信号，经过脉冲分配器按照一定的顺序加到步进电机的各相绕组上，为使电机输出一定的功率，环形分配器出来的脉冲还要经过功率放大器放大。

点位控制系统直流伺服电机

应用广泛的主要是20世纪70年代研制成功的大惯量宽调速的直流伺服电动机，这种电机分为电励磁和永磁体励磁两种，但占主导地位是是永磁体励磁式的直流电机，即永磁式直流伺服电机。直流伺服电动机的固有缺陷是在结构上存在容易磨损的机械摩擦部件一一电刷，因而使用上受到诸多限制。交流伺服电动机由于其自身的各种优点使的其迅速发展，直流伺服电动机的应用受到限制。

点位控制系统交流伺服电机

交流伺服系统由交流伺服电动机和伺服驱动器两部分组成，电动机主体是永磁同步型或者笼型交流电动机，驱动器通常采用电流形脉宽调制(PWM)逆变器和具有电流环的内环，速度环为外环的多环闭环系统，外特性和直流伺服系统相似，以足够宽的调速范围和四象限工作能力来保证它在伺服控制系统的应用。交流伺服电动机主要分为同步型交流伺服电动机和异步型交流伺服电动机，由于异步型实现定位控制非常复杂，容量小时效率低，停电时需要设法保持制动，有温度变化特性等原因，在交流伺服系统中应用最多的是永磁同步电动机，它具有体积小，重量轻，大转矩，无需维护，高功率密度，控制装置相对简单等特点而受到广泛的应用。同步交流伺服电动机的转子形状与普通电机相同，但它的转子使用强抗退磁的永久磁体构成，以此来形成励磁磁通。

交流伺服系统组成的点位控制系统一般采用半闭环方式，这种系统应用最为广泛，市场上也可以买到各种规格的伺服电机和驱动器，控制性能优良，定位精度较高。但是这种系统相对于步进电机组成的开环系统来说，价格较贵。

点位控制系统实际上也是一种位置伺服系统，它们的基本结构与组成基本上是相同的，只不过侧重点不同而已，它们的控制复杂程度也各有千秋。一般来讲位置伺服系统强调稳定性，快速无超调，跟随误差小，调速范围宽，高精度高动态特性等，点位控制系统要求高的定位精度和定位时间等，对于有轨迹要求的点位控制系统几乎包括位置伺服系统的所有要求。

点位控制系统按反馈方式来分，可以分为闭环系统，半闭环系统于开环系统。

点位控制系统闭环控制系统

闭环控制系统将位置检测器安装在最终输出轴上(或者平台)，因此可以获得最终端的精确位置信息，通过闭环反馈实现高精度的定位。如果机械传动系统的刚度较大或者惯量非常小，也就是机械传动系统的固有频率远大于电机系统的固有频率，则定位系统的频率特性就取决于速度环的频率特性，则定位系统可以化简为二阶系统。

对于不同特性和要求的定位系统，应使用不同的情况进行简化，以减少设计的复杂性。从理论上来讲，闭环系统的思想方法是最理想的，它不仅可以消除电气控制系统的误差，而且可以消除传动链的各种误差。但是这种控制思想实现起来是有困难的，主要是电气与机械的祸合中出现很多非线性因素，比如传动间隙，摩擦特性的非线性，传动刚度不固定等，致使系统出现共振，爬行等不稳定因素以及其它一些未知因素，另外负载变化也会对系统的摩擦特性，机械惯量等产生影响，给系统的整定造成困难。仅有少数高精度坐标镗床，超精度车床，超精度铣床应用闭环控制，一般定位精度可达

点位控制系统半闭环控制系统

半闭环系统的特点是并没有把机械传动系统包括在环内，其位置测量元件一般安装电动机的端轴。半闭环系统应用广泛，一般说的闭环系统往往指的就是这种系统。其反馈环节并没有把机械传动系统包括在里面，这样避免了很多非线性因素的引入，系统容易实现，但是它不能补偿环外传动系统的传动误差，也不能补偿间隙误差等因素，因此控制精度也相应降低。为了提高控制精度，也可以采取一定的补偿措施，比如事先计算出传动误差和反转间隙等因素，在控制系统中加进这些误差以提高精度，但是传动误差，反转间隙等会随着摩擦，安装位置，刚度的变化而变化，另外温度，润滑，负载等变化也会随着发生变化，因此提高精度能力有限。

点位控制系统开环控制系统

这种控制系统是比较原始的系统，由于其控制方法简单，系统成本低，技术成熟，因此引用也非常广泛。这种系统的特点是没有位置检测装置，精度的实现靠控制器，执行电机与传动系统的性能来保证，最典型的系统就是采用步进电机的位置伺服系统。

这类系统在定位要求相对较高的情况下，往往采用单向运行方式，以克服反转间隙的影响，或者要求反转的情况下可以采用各种齿轮传动的消隙装置，但是都有一定的局限性，比如增加结构复杂性，本身调整比较困难，大多数消隙装置不能消除变隙回差，另外还增加摩擦，加快磨损等不利影响。对有些负载较大，惯量较大而又有很大的加减速时，传动链的刚度会对定位精度产生很大影响，考虑传动链刚度和阻尼的情况下，传动链一般为一个或者近似的二阶振荡环节。对于这样的传动链，无论是电机启动或者停止时的冲击还是电机恒值(阶跃函数)输入，都会引起一定振荡现象，因此必须小心处理。

点位控制在机电一体化领域和机器人行业有及其广泛的应用，机械制造业中的数控机床对零件轮廓的跟踪，工业机器人的指端轨迹控制和行走机器人的路径跟踪等都是点位控制系统的典型应用。 近年来，随着科学技术的发展，晶元加工设备，医疗手术机械人的使用等，点位控制就是其关键技术，具有创新性意义和非常高的实用价值。

计算机中描述和表示数字图像和计算机生成的图形图像有两种常用的方法：一种是矢量图法，另一种叫点位图法。

一幅自然的、模拟的图像经过数字化进入计算机后，一般都是用点位图来表示和描述的。

点位图文件占据的存储空间比较大。影响点位图文件大小的因素主要有两个：图像分辨率和像素深度。分辨率越高，就是组成一幅图的像素越多，则图像文件越大；像素深度越深，就是表达单个像素的颜色和亮度的位数越多，图像文件就越大。点位图有多种表示和描述的模式，但从大的方面来说主要可以分为黑白图像、灰度图像、彩色图像。

1.黑白图像：只有黑白两种颜色的图像称为黑白图像或单色图像，是指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为二值图像。

2.灰度图像：灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，它只有亮度信息，没有颜色信息。

3.彩色图像：彩色图像除有亮度信息外，还包含有颜色信息。彩色图像的表示与所采用的彩色空间，即彩色的表达模型有关。同一副彩色图像如果采用不同的彩色空间表示，对其的描述可能会有很大的不同。2100433B

点位图法是把一幅图像分成许许多多的像素，每个像素用若干个二进制位来指定该像素的颜色、亮度和属性。因此一幅图像由许许多多描述每个像素的数据组成，这些数据通常称为图像数据，而这些数据通常是作为一个文件来存储的，这种文件又称为图像文件。

点位图的获取通常用扫描仪、摄像机、录像机、激光视盘与视频信号数字化卡一类设备，通过这些设备把模拟的图像信号变成数字图像数据。