机电一体化(四)-执行元件及驱动技术-直流伺服.ppt

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1、步进电机直流伺服电机交流伺服电机机电伺服系统中的执行元件机电伺服系统中的执行元件伺服系统的三种控制方式:1.转矩控制方式：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入来设定电机轴对外的输出转矩的大小;2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。3、速度控制：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。选择伺服电机和步进

2、电机？步进电机伺服电机力矩范围中小力矩（一般在20Nm以下）小、中、大，全范围速度范围低（一般在2000RPM以下，大力矩电机小于1000RPM高（可达5000RPM）,直流伺服电机更可达1~2万转/分控制方式主要是位置控制多样化智能化的控制方式，位置/转速/转矩方式平滑性(低频特性）低速时有振动（但用细分型驱动器则可明显改善）好，运行平滑控制精度一般较低，细分型驱动时较高高（具体要看反馈装置的分辨率）矩频特性高速时，力矩下降快力矩特性好，特性较硬过载特性过载时会失步可3~10倍过载（短时）反馈方式大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步闭环方式，编码器

3、反馈编码器类型---光电型旋转编码器（增量型/绝对值型），旋转变压器型响应速度一般（需要200～400毫秒）快价格低较高在自动控制系统中，伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱动被控对象，当信号电压的大小和极性(或相位)发生变化时，电动机的转速和转向将快速、准确地跟着变化。目前常用的伺服电动机有直流伺服电机、交流伺服电机和步进电机。二、伺服电机及其控制永磁式直流伺服电机结构直流伺服电机构成直流伺服电机的电源特点直流伺服电机的类型4.3直流伺服电动机及其驱动技术4.3.1直流伺服电机工作原理与机械特性（1）定子:定子磁场由定子的磁极产生，根据磁场的产生方

4、式，直流伺服电动机可分为永磁式和他励式。永磁式磁极由永磁材料制成；他励式磁极由冲裁的硅钢片叠压而成，外部绕线圈，通以直流电流便产生恒定磁场。（2）转子:又叫电枢，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。（3）电刷与换向片:为使产生的电磁转矩保持恒定方向，确保转子能沿着固定的方向均匀连续旋转，电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相接。4.3.1直流电机工作原理与机械特性4.3直流伺服电动机及其驱动技术直流电机电刷间的反电动势：直流电机的电磁转矩表示为：电枢回路中的电压平衡方程式为:4.3.1直流电机工作

5、原理与机械特性4.3直流伺服电动机及其驱动技术直流电动机的机械特性方程式为:控制方式：1.电枢控制（主要）；2.磁极控制（少用）。4.3.1直流电机工作原理与机械特性4.3直流伺服电动机及其驱动技术n0Tnnn称为转速降落Ua一定时，当M时n，但由于有转速反馈回路，转速n的变化不大。4.3.1直流电机工作原理与机械特性4.3直流伺服电动机及其驱动技术Td称为启动瞬时转矩，其值也与电枢电压成正比。N0是空载转速;负载转矩增加转速下降反电势减少电流增加电磁转矩增加平衡电机以较低的转速稳定运行4.3.1直流电机工作原理与机械特性4.3直流伺

6、服电动机及其驱动技术直流伺服电动机的调节特性直流伺服电动机的调节特性也是一组斜率相同的直线簇。每条调节特性和一种电磁转矩相对应，与Ua轴的交点是启动时的电枢电压。4.3.2直流电机控制系统的数学模型电枢电压平衡方程为：4.3直流伺服电动机及其驱动技术电枢电流与电枢电压之间传递函数为:4.3.2直流电机控制系统的数学模型转矩平衡方程为：4.3直流伺服电动机及其驱动技术——转速惯量(N·m·s·min/r)，它与常用的转动惯量(N·m·/rad)的关系可从下式推得：即4.3.2直流电机控制系统的数学模型4.3直流伺服电动机及其驱动技术直流电机的精确模型4.3

7、直流伺服电动机及其驱动技术引入一个机电时间常数:电枢回路电磁时间常数:4.3.2直流电机控制系统的数学模型转速与电枢电压间传递关系:4.3.2直流电机控制系统的数学模型4.3直流伺服电动机及其驱动技术若电磁时间常数很小,既忽略电感:可见:直流伺服电机过渡过程的快慢,取决于机电时间常数.为了加快系统响应速度,可以:1.减小机械系统等效转动惯量;2.给电机供电的电源内阻小,Ra小;3.加大等效反电动势系数直流伺服电机的技术指标额定功率PN,额定电压UN额定电流IN在此功率下允许电机长期连续的运行而不过热.额定转速nN:额定转矩TN,最大转矩TM:电机在短时间

8、内可以输出的最大转矩,反应其过载能力;(一般是额定转矩的5~10倍)机电时间常数