伺服电机原理课件

1、第三章 驱动元件及其计算机控制v直流伺服电机及其控制v交流伺服电机及其控制v液压、气动阀及其控制3.1 直流伺服电机及其控制3.1.1 伺服系统的要求 “伺服”一词是跟随的意思，即被控的电机忠实地执行频繁变化的位置或速度指令，精确地控制机械系统运动的位移或角度，这种自动系统称伺服系统或随动系统。 以直流伺服电机为驱动元件的伺服系统，称直流伺服系统。 以交流伺服电机为驱动元件的伺服系统，称交流伺服系统。 伺服系统的要求 工作精度高 调速性能好 带负载能力强 响应速度快 稳定性和可靠性高 3.1.2 直流伺服电机结构和速度控制原理 直流电机的输出电磁转矩表达式为：控制直流伺服电机电磁转矩和速度的方

2、法有两种： 一种是改变电枢电压Ua即改变电枢电流Ia的方法； 另一种是改变励磁电流If即改变磁通的方法。常用调节电枢电压的方法。 优点：一元函数，线性较好，控制方便；响应速度快； 输出转矩大。3.1.3 直流伺服电机的基本特性 1、机械特性 在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。 K值大表示电磁转矩的变化引起电机转速的变化大，这种情况称直流电机的机械特性软；反之，斜率K值小，电机的机械特性硬。在直流伺服系统中，总是希望电机的机械特性硬一些，这样，当带动的负载变化时，引起的电机转速变化小，有利于提高重流电机的速度稳定性和工件的加工精度。

3、功耗增大。机械特性曲线2、调节特性直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性 。 斜率K反映了电机转速n随控制电压Ua的变化而变化快慢的关系，其值大小与负载大小无关，仅取决于电机本身的结构和技术参数。 3、动态特性 从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性。 决定时间常数的主要因素有： 惯性J的影响、电枢回路电阻Ra的影响、机械特性硬度的影响。3.1.4 直流伺服电机的种类和主要技术参数按转动部分惯性大小来分：小惯量直流电机 印刷电路板的自动钻孔机中惯量直流电机（宽调速直流电机） 数

4、控机床的进给系统大惯量直流电机 数控机床的主轴电机特种形式的低惯量直流电机主要技术参数：额定功率Pe额定电压Ue额定电流Ie额定转速ne额定转矩MIe调速比D直流伺服电机的选择，是根据被驱动机械的负载转矩、运动规律和控制要求来确定。3.1.5 直流伺服电机的速度控制1、直流伺服电机速度控制技术指标 （1）调速范围D电机在额定负载下 （2）静差度S 指电机由理想空载增加到额定负载时的转速降落ne与理想空载转速n。之比 （3）调速的平滑性Q 用两个相近转速之比表示 Q值越接近1，表示调速平滑性越好。 2、直流伺服电机调速对控制信号进行功率放大 （1）线性型优点：电路结构和原理简单，成本低，加速能力

5、强 ；缺点：发热厉害，耗损大。适用于小功率低惯量直流电机。 （2）开关型 对直流电机采用脉冲方式供电 ，PWM优点：功率损耗小，运行效率高，加减速性能好，尤其是在要求低速大转矩下连续运行的场合。已普遍用于中小惯量的直流电机调速。 （3）晶闸管型（可控硅型） 对直流电机采用脉冲方式供电 ，PWM优点：输出功率大，电流大 。适用于大功率大惯量的直流电机调速。 双向式PWM调速电机的转动方向处决于t1的大小。优点：电枢电流稳定连续，外特性硬度高，死区很小，低速性能好，调速范围宽；缺点：工作过程中4个功率三极管都处于开关状态，故开关损耗大，易发生上、下两管直通，造成电源短路等。 单向式PWM调速3、直

6、流伺服电机闭环速度控制系统3.1.6 直流伺服电机位置伺服控制系统位置伺服模块3.2 交流伺服电机及其控制3.2.1 交流伺服控制的发展直流电动机具有很好的控制性能和调速性能 ；但其致 命弱点是常产生火花和磨损，电刷和换向 器需要经常的维护和保养 。交流电动机调速比较困难。 随着变频调速技术的进步，交流电机调速控制己在大功率、高电压、高精度、快响应等领域中的应用己取得重要进展 。3.2.2 交流伺服电机结构和工作原理工作原理：定子绕组通入三相交流电后，产生旋转磁场，旋转磁场切割转子中铜条产生电流，有电流流过的铜条在磁场中受力的作用，使转子产生旋转力矩，驱动转子旋转，转子的旋转方向与旋转磁场的旋

7、转方向相同，其旋转速度n可表达为： 感应式电机的速度控制有3种方法： 改变加在电机上的电源频率f； 改变转差率s，即改变加在电机上的电源电压； 改变电机的磁极对数p。 改变定子电压的速度控制其基本原理是利用电机转差率的改变来达到 控制速度的目的。 控制定子电压调速的优点是： 速度控制范囿为1：10； 可以进行制动控制（定子绕组中通人直流电流或通入 相序反向的交流电流）。 缺点是： 由于转子输入功率与负载转矩成比例，随着转速的降低，损失增加，效率降低。 采用改变电机输入电压控制电机转速时，应选用转子电阻较大的电机，以减小其功率损失和发热。 定子频率控制 定子频率控制的基本原理是通过调节输入到交流

8、电机定子的电压（或电流）的频率和幅值，来控制交流电机的转速，以满足实际工作的要求。感应电机的转差频率控制 Vf（电压频率比）控制 感应电机的转差频率控制 其基本控制原理是，实时检测感应电机的旋转角频率m并进行反馈，将反馈的m和给定的转差频率s相加再生时相减），以决定定子电流角频率。 Vf（电压频率比）控制3.2.3 逆变器 逆变器是交流伺服电机的驱动电源，它供给交流电机一定幅值、一定频率的交流电流或电压，从而达到交流电机调速控制的目的。分类：电压型、电流型；PWM逆变器、PAM逆变器矩形波逆变器、正弦波逆变器电流型逆变器主电路的工作原理电压型逆变器主电路的工作原理逆变器的PWM控制逆变器的数字控制3.3 液压、气动阀及其控制 驱动元件液压、气动缸和马达的运动是靠压力油、压缩空气作为动力源；运动的控制是靠液压系统和气动系统的各种阀来完成。 1、液压系统的基本原理1，油箱； 2滤网；3油泵； 4节流阀；5管路； 6换向阀；7、9油管；8，油缸；10电磁铁；11溢流阀；12，油管 2、