第二章1直流伺服電機(jī)

1、第二章第二章 控制用微電機(jī)及其應(yīng)用控制用微電機(jī)及其應(yīng)用第二章第二章 控制用微電機(jī)及其應(yīng)用控制用微電機(jī)及其應(yīng)用 本章介紹驅(qū)動(dòng)功率較小的各種控制電機(jī): 直流力矩電機(jī) 直流伺服電機(jī) 交流伺服電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 控制用微電機(jī)的特點(diǎn)：1.外形尺寸小，機(jī)殼外徑一般不大于160mm；2.功率小，一般不超過750W，最小的不到1W。應(yīng)用范圍：由于控制電機(jī)減少了能量轉(zhuǎn)換過程，減少了成本和消耗，因此在中、小功率情況時(shí)一般都優(yōu)先使用控制電機(jī)。第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) “伺服”一詞源于希臘語“奴隸”的意思 。人們想把“伺服機(jī)構(gòu)”當(dāng)個(gè)得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作。在訊號(hào)來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不

2、動(dòng)；訊號(hào)來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)訊號(hào)消失，轉(zhuǎn)子能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。 伺服電動(dòng)機(jī)概述伺服電動(dòng)機(jī)概述電壓信號(hào)伺服電動(dòng)機(jī)角位移（轉(zhuǎn)向）角速度（轉(zhuǎn)速）又稱為控制信號(hào)或控制電壓又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)按使用的電源性質(zhì)不同常用在功率稍大的系統(tǒng)中，其輸出功率約為1600W，少數(shù)可達(dá)數(shù)千瓦。輸出功率約為 0 . 1 100W，其中最常用的在30W以下。 盤形電樞直流電動(dòng)機(jī)空心杯電樞直流電動(dòng)機(jī)無槽電樞直流電動(dòng)機(jī) 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī) 各種結(jié)構(gòu):低慣量的伺服電動(dòng)機(jī)?直流力矩電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)概述伺服電動(dòng)機(jī)概述自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求: 1、寬廣的

3、調(diào)速范圍；2、機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性；3、無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象；4、快速響應(yīng)。5、其它要求。即電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)要小。相應(yīng)地伺服電動(dòng)機(jī)要有較大的堵轉(zhuǎn)矩和較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。這樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)速才能隨著控制電壓的改變而迅速變化。 即要求伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓的改變能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié) 伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指控制電壓一定時(shí)，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系，調(diào)節(jié)特性是指電機(jī)轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，轉(zhuǎn)速隨控制電壓的變化關(guān)系。線性的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性有利于提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度。 即要求伺服電動(dòng)機(jī)在控制電壓降為零時(shí)能立即自行停轉(zhuǎn)。 如希望伺服電動(dòng)機(jī)的控制功率要小，這樣可使放大器的尺寸相應(yīng)減少，在航空上使用的伺服電動(dòng)機(jī)還

4、要求其重量輕、體積小等。 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 一、工作原理一、工作原理 圖2-1 直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖 載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力。若導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度為l，其中流過的電流為i，導(dǎo)體所在處的磁密為B，則導(dǎo)體所受到的電磁力為 BliF 電磁力的方向由左手定則確定。 圖中所有載流導(dǎo)體均受到反時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，從而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 一、工作原理一、工作原理 圖2-1 直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖 直流電機(jī)是可逆的，它根據(jù)不同的外界條件而處于不同的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)迫使它旋轉(zhuǎn)，輸入機(jī)械能時(shí)，它便輸出電能，處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，此時(shí)稱為發(fā)電機(jī)；當(dāng)在電刷兩端施加電

5、壓輸入電能時(shí)，它便旋轉(zhuǎn)起來輸出機(jī)械能，處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。 由于定磁極下元件的電流方向是不變的，所以轉(zhuǎn)矩是方向恒定的轉(zhuǎn)矩，稱為直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。若電機(jī)軸上帶有負(fù)載，它便輸出機(jī)械功。 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 二、分類二、分類 直流伺服電動(dòng)機(jī)有傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)和低慣量型兩大類。 (一) 傳統(tǒng)式直流伺服電動(dòng)機(jī) 定子 傳統(tǒng)式直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式是由定子、轉(zhuǎn)子兩大部分所組成。它又可再分為永磁式和電磁式兩種。轉(zhuǎn)子定子：永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)是在定子上裝有永久磁鋼做成的磁極；電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的定子通常由硅鋼片沖制疊壓而成，磁極和磁輒整體相連，在磁極鐵芯上套有激磁繞組。轉(zhuǎn)子：兩種電機(jī)的轉(zhuǎn)子

6、鐵芯由硅鋼片沖制疊壓而成，在轉(zhuǎn)子沖片的外圓周上開有均布的齒槽，槽中放置電樞繞組并經(jīng)換向器、電刷引出。n 定子主磁極和鐵心定子主磁極和鐵心n電樞繞組和電樞鐵心電樞繞組和電樞鐵心n電樞繞組和電樞鐵心電樞繞組和電樞鐵心第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (二)第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 三、調(diào)速方式三、調(diào)速方式 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 對(duì)于它激式直流電動(dòng)機(jī)，當(dāng)激磁電壓 恒定，而負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，升高電樞電壓 ，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之增高，反之，減小電樞電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就降低，若電

7、樞電壓為零，電機(jī)停轉(zhuǎn)。當(dāng)電樞電壓極性改變后，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向也隨之改變。因此把電樞電壓作為控制信號(hào)，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。這種控制方式稱為電樞控制式，電樞繞組稱為控制繞組。 fUaU 對(duì)于電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，采用電樞控制時(shí)，其激磁繞組由外加恒壓的直流電源激磁；而永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)則由永磁磁極激磁。第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 四、靜態(tài)工作特性四、靜態(tài)工作特性 靜態(tài)工作特性主要討論直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，有時(shí)也稱為運(yùn)行特性。電樞控制時(shí)直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖所示。 1、電機(jī)的磁路為不飽和，即不考慮電機(jī)中磁化曲線非線性的影響。2、略去帶載時(shí)電樞反應(yīng)磁勢(shì)的影響。為

8、便于分析，作如下假設(shè)：第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 四、靜態(tài)工作特性四、靜態(tài)工作特性 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)電樞回路的總電阻(包括電刷的接觸電阻) Ki:轉(zhuǎn)矩常數(shù)，表示單位電樞電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，Nm/A。 Ke:電勢(shì)常數(shù)，表示單位轉(zhuǎn)速時(shí)所產(chǎn)生的電勢(shì)，V/rpm 。四、靜態(tài)工作特性四、靜態(tài)工作特性 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (一) 機(jī)械特性 機(jī)械特性機(jī)械特性指控制電壓Ua恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨轉(zhuǎn)矩Tg變化的關(guān)系。理想空載轉(zhuǎn)速eaKUn 0堵轉(zhuǎn)矩 機(jī)械特性硬度eiakKKRTn0|tan| 隨著控制電壓增大，電機(jī)的機(jī)械特性曲線平行地向轉(zhuǎn)速

9、和轉(zhuǎn)矩增加的方向移動(dòng)，但是它的斜率保持不變，所以電樞控制時(shí)直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一組平行的直線。geiaeaTKKRKUnaaikURKT 四、靜態(tài)工作特性四、靜態(tài)工作特性 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (二) 調(diào)節(jié)特性 調(diào)節(jié)特性是指轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓變化的關(guān)系，即Tg=常數(shù)時(shí)，n=f(Ua) 。geiaeaTKKRKUn在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電壓。失靈區(qū)：調(diào)節(jié)特性曲線的橫坐標(biāo)從零到啟動(dòng)電壓的這一范圍稱為在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)伺服電動(dòng)機(jī)的失靈區(qū)。顯然，失靈區(qū)的大小是與負(fù)載轉(zhuǎn)矩成正比的。失靈區(qū)五、動(dòng)態(tài)特性五、動(dòng)態(tài)特性第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 電樞

10、控制時(shí)直流伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，是指在電動(dòng)機(jī)的電樞上外加階躍電壓時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)過程，即 或 。 )(tfn )(tf 為滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)快速響應(yīng)的要求，直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電過渡過程越短越好，即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化能夠迅速跟上控制信號(hào)的改變。 若電動(dòng)機(jī)的電樞在外加電壓前是停轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)電樞外加階躍電壓后，由于電樞繞組有電感，電樞電流不能突然增長(zhǎng)，有一個(gè)電氣過渡過程；相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，由零增加穩(wěn)定轉(zhuǎn)速又需要一定的時(shí)間，因而有一個(gè)機(jī)械過渡過程。電氣的和機(jī)械的過渡過程交疊在一起，形成了電機(jī)的機(jī)電過渡過程。五、動(dòng)態(tài)特性五、動(dòng)態(tài)特性第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (一)直流伺服電動(dòng)

11、機(jī)的基本方程式 五、動(dòng)態(tài)特性五、動(dòng)態(tài)特性第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (一)直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本方程式 對(duì)基本方程組取拉普拉斯變換： (二)直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù) 五、動(dòng)態(tài)特性五、動(dòng)態(tài)特性第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 圖2-8的方塊圖表示一個(gè)雙端輸入系統(tǒng)，它以角速度或角位移為輸出量，或同時(shí)以它們二者為輸出量。 (二)直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù) 五、動(dòng)態(tài)特性五、動(dòng)態(tài)特性第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (二)直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù) 五、動(dòng)態(tài)特性五、動(dòng)態(tài)特性第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (二)直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù) 五、動(dòng)態(tài)特性五、動(dòng)態(tài)特性第一節(jié)第一節(jié) 直流

12、伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 六、直流電動(dòng)機(jī)的功率損耗六、直流電動(dòng)機(jī)的功率損耗第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 總的輸入電功率為電樞電壓回路和電樞電流瞬時(shí)值的乘積: )()()(titutPaaidttditiLdttdtJKKKtTtKKtTtKKtBKtiRtPaaaieiLeifeieaai)()()()()()()()()()()(22功率表達(dá)式 直流電動(dòng)機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換裝置時(shí)，其效率為輸出機(jī)械功率與總輸入平均功率的比值: 六、直流電動(dòng)機(jī)的功率損耗六、直流電動(dòng)機(jī)的功率損耗第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 六、直流電動(dòng)機(jī)的功率損耗六、直流電動(dòng)機(jī)的功率損耗第一節(jié)第一節(jié) 直流伺

13、服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 機(jī)械轉(zhuǎn)換效率可用輸出機(jī)械功率與產(chǎn)生的總機(jī)械功率的比值求得:七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī)七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (一) 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩又大，因而被廣泛應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)裝置及伺服系統(tǒng)中。但是，一般直流電動(dòng)機(jī)都有換向器和電刷，其間形成滑動(dòng)的機(jī)械接觸容易產(chǎn)生火花，并引起無線電干擾，過大的火花甚至影響電機(jī)的正常運(yùn)行。此外，因存在電刷和換向器的滑動(dòng)接觸，又使維護(hù)麻煩，且影響到電機(jī)工作的可靠性，所以人們?cè)缇烷_始尋求直流電動(dòng)機(jī)的無接觸式換向。 早在1934年就出現(xiàn)過采用電子管線路代替機(jī)械滑動(dòng)接

14、觸的無換向器直流電動(dòng)機(jī)，但由于當(dāng)時(shí)電子器件的技術(shù)水平和制造成本的限制，這種電動(dòng)機(jī)并沒有得到發(fā)展。 近年來出現(xiàn)的無刷電動(dòng)機(jī)，是用晶體管開關(guān)電路和位置傳感器來代替電刷和換向器。這使無刷直流電動(dòng)機(jī)既具有直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，又具有交流電動(dòng)機(jī)的維護(hù)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。但目前的無刷直流電動(dòng)機(jī)成本還較高，總的體積亦較大。這些缺點(diǎn)將隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料、新元件、新技術(shù)和新工藝的出現(xiàn)而被逐步克服。目前我國(guó)生產(chǎn)的這種型式電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為SW。七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī)七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (一) 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī) 直到晶體管和大功率可控硅元

15、件被廣泛采用后，無換向器直流電動(dòng)機(jī)才真正實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)地各種微型無刷直流電動(dòng)機(jī)也得到了發(fā)展。1、無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī)七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (一) 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī) 無刷直流電動(dòng)機(jī)通常是由電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器和晶體管開關(guān)電路三部分組成。 無刷直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上是一臺(tái)反裝式的普通直流電動(dòng)機(jī)。它的電樞放置在定子上，永磁磁極位于轉(zhuǎn)子上。它的電樞繞組為一多相繞組，可接成星形或三角形(封閉形)。各相繞組分別與晶體管開關(guān)電路中的功率開關(guān)元件相連接，如圖211所示。 1、無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī)七、其他型式直

16、流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (一) 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī) 2、無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī)七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (一) 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī) 三個(gè)光電管PT1、PT2和PT3安裝位置相差120，通過安裝在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)擋板，按順序使它們受光。 3、定子繞組的通電狀態(tài) 七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī)七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (一) 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī) 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過2電角度時(shí)定子繞組共有三個(gè)通電狀態(tài)，每一狀態(tài)僅有一相導(dǎo)通，而其它兩相截止，其持續(xù)時(shí)間應(yīng)為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過

17、 電角度所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。 32(二) 直流力矩電動(dòng)機(jī) 七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī)七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 力矩電動(dòng)機(jī)是一種由伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)結(jié)合起來發(fā)展而成的特殊電機(jī)。它不經(jīng)過齒輪等減速機(jī)構(gòu)而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并由輸入的控制電壓信號(hào)直接調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速。在位置控制方式的伺服系統(tǒng)中，它可以工作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，在速度控制方式的伺服系統(tǒng)中，又可以工作在低速狀態(tài)，且輸出較大的轉(zhuǎn)矩。所以力矩電動(dòng)機(jī)是一種直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的執(zhí)行元件。(二) 直流力矩電動(dòng)機(jī) 七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī)七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 性能特點(diǎn)：低速、大

18、轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，特性的直線性好，在堵轉(zhuǎn)條件下能長(zhǎng)期工作。原理：與一般直流伺服電動(dòng)機(jī)相同。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：與一般直流伺電動(dòng)機(jī)不同，呈扁平形，以獲得較大的轉(zhuǎn)矩。電樞長(zhǎng)度與直徑之比一般為0.2左右。(二) 直流力矩電動(dòng)機(jī) 七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī)七、其他型式直流伺服電動(dòng)機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) SNNNNNNNNSSSSSSS6134521-定子；2-轉(zhuǎn)子；3-電刷；4-電樞繞組；5-槽楔兼換向器片；6-銅環(huán) 八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (一) 按輸出量分類的控制系統(tǒng) 直流伺服電動(dòng)機(jī)所控制的系統(tǒng)按輸出量

19、可以劃為位置、速度及力矩(或力)三種控制系統(tǒng)，該輸出量往往按輸入的要求而變化。 八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (二) 應(yīng)用直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求 直流伺服電動(dòng)機(jī)控制的系統(tǒng)是由各種元器件或組件等組成的。要正確地設(shè)計(jì)一個(gè)最佳系統(tǒng)，不僅涉及系統(tǒng)的理論，還關(guān)系到合理正確的設(shè)計(jì)，應(yīng)在滿足性能要求下達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。最佳系統(tǒng)主要是從系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度變化和負(fù)載耦合兩個(gè)方面加以考慮。對(duì)系統(tǒng)中作驅(qū)動(dòng)用直流電動(dòng)機(jī)來說，主要是運(yùn)行可靠，即發(fā)熱和換向火花等問題。對(duì)任何一種系統(tǒng)，均有如下要求：如環(huán)境溫度和濕度變化范圍；環(huán)境的條件如工廠、試驗(yàn)室、

20、室外、室內(nèi)等，所用電源；體積和重量；壽命、成本及價(jià)格等。八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (二) 應(yīng)用直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求 系統(tǒng)的負(fù)載是主要環(huán)節(jié)，電動(dòng)機(jī)類別的選定和性能的要求取決于此。所有負(fù)載可歸為慣性、摩擦及粘滯阻尼三種特征參數(shù)。在分析電動(dòng)機(jī)時(shí)，均要將負(fù)載端的特征參數(shù)換算到電動(dòng)機(jī)輸出軸端上。 精度是這類系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，可用輸出量和設(shè)定量之間偏差來表示。按要求分為短時(shí)和長(zhǎng)期的兩種。短時(shí)精度在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就可以確定。直流電動(dòng)機(jī)的速度轉(zhuǎn)矩特性和動(dòng)態(tài)帶寬以及其它因素對(duì)精度有較大影響，在選擇元器件和確定指標(biāo)時(shí)必須加以注意。長(zhǎng)

21、期精度在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)無法確定，因?yàn)樵骷拈L(zhǎng)期使用性能在設(shè)計(jì)時(shí)還難以確定。一般來說，長(zhǎng)期精度和直流電動(dòng)機(jī)的性能沒有直接的聯(lián)系。八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (三) 直流伺服電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用1、繞線機(jī) 繞線機(jī)是一種連續(xù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，它包括繞線和排線的速度控制系統(tǒng)、拉線的張力控制系統(tǒng)。圖中所示的繞線及排線的速度系統(tǒng)的速度是可變的，可根據(jù)需要而預(yù)先設(shè)定。八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (三) 直流伺服電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用1、繞線機(jī) 系統(tǒng)的速度是由兩個(gè)電位器的比

22、較電壓預(yù)先設(shè)置的，繞線機(jī)在給定速度下繞排線。若由于某種干擾使速度增大或減少，相應(yīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電勢(shì)增大或減少，輸出電勢(shì)經(jīng)比較器及放大器后加于電動(dòng)機(jī)，以控制驅(qū)動(dòng)電壓下降或上升，使電機(jī)速度維持一定。八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (三) 直流伺服電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用2、雷達(dá)天線的位置控制系統(tǒng) 被跟蹤目標(biāo)的位置經(jīng)雷達(dá)天線系統(tǒng)檢測(cè)并發(fā)出誤差信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大后就作為力矩電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)天線跟蹤目標(biāo)。 八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) (三) 直流伺服電

23、動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用3、數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的加工過程，實(shí)質(zhì)上是按最小位移量和規(guī)定方向逼近曲線或直線的過程。 直流電機(jī)(四) 直流電動(dòng)機(jī)的選擇 直流電動(dòng)機(jī)的最佳選擇是指滿足性能下造價(jià)最低，從性能來看，直流電動(dòng)機(jī)的選擇主要是基于所需速度和轉(zhuǎn)矩。實(shí)際上，直流電動(dòng)機(jī)的選擇不僅指本身性能要求，還涉及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 1、負(fù)載分析 2、環(huán)境條件 3、機(jī)構(gòu)4、結(jié)構(gòu)型式 性能比較 摩擦負(fù)載的機(jī)構(gòu)預(yù)先估算；粘滯阻尼負(fù)載可從系統(tǒng)工作范圍內(nèi)負(fù)載轉(zhuǎn)矩-速度曲線計(jì)算出；慣性負(fù)載從負(fù)載機(jī)構(gòu)的慣量和速度得出。合成負(fù)載是從慣性負(fù)載、摩擦負(fù)載及粘滯阻尼負(fù)載算出，合成負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于直流電動(dòng)機(jī)的額定值。 (四) 直流電動(dòng)機(jī)的選擇 直流電動(dòng)機(jī)的最佳選擇是指滿足性能下造價(jià)最低，從性能來看，直流電動(dòng)機(jī)的選擇主要是基于所需速度和轉(zhuǎn)矩。主要是基于所需速度和轉(zhuǎn)矩。實(shí)際上，直流電動(dòng)機(jī)的選擇不僅指本身性能要求，還涉及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇八、直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和選擇 第一節(jié)第一節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 1、負(fù)載分析 2、環(huán)境條件 3、機(jī)構(gòu) 4、結(jié)