运动控制技术(四)-执行元件及驱动技术-直流伺服ppt课件.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伺服电机伺服电动机必须具备可控性好、稳定性高和适应性强等基本性能。提高直流伺服电动机的力矩/惯量比可以使伺服系统在调速范围内都能平滑运转，无爬行现象；具有较长时间的过载能力；有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压；具有承受频繁启动、制动和正、反转的能力。选择伺服电机和步进电机？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

2、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

3、磁极产生，根据磁场的产生方式，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.

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Ｔ时n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;如何控制转速使其保持恒定呢？改变电枢电压，得到硬的机械特性，只能靠闭环控制Id4

5、电机机械特性nIdn1Id1控制方法Id2Id34.3.1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

6、)它与常用的转动惯量(N·m·s2/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4.3

7、.3直流伺服电机的技术指标及选型额定功率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(通常小于20ms)电磁时间常数(通常小于5ms)转动惯量连续工作区：电机可在转矩和转速的任意组合下长期工作。断续工作区：电机只能作间断工作，整流子和电刷工作于无火花的换向区，可承受低速大转矩的工作状态。间断周期要根据载荷周期曲线求得。右图为力矩过载倍数与导通时间的关系曲线。加减速区：　电枢电流受去磁极限和瞬时换向极限的

8、限制。电机只允许瞬时过渡