伺服电机原理

1、www.bonding.cc,第三章 驱动元件及其计算机控制,直流伺服电机及其控制 交流伺服电机及其控制 液压、气动阀及其控制,www.bonding.cc,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。,www.bonding.cc,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,www.bonding.cc,3.1.2 直流伺服电机结构和速度控制原理,www.bonding.cc,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。,www.bonding.cc,优点：一元函数，线性较好，控制方便；响应速度快； 输出转矩大。,www.bondi

2、ng.cc,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。 功耗增大。,www.bonding.cc,机械特性曲线,www.bonding.cc,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 。,www.bonding.cc,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。,www.bonding.cc,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

3、响。,www.bonding.cc,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,www.bonding.cc,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。,www.bonding.cc,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,www.bonding.cc,（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。,www.bonding.cc,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，加速能力强 ； 缺点：发热厉害，耗损大。 适用于小功率低惯量直流电机。,www

4、.bonding.cc,（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。,www.bonding.cc,双向式PWM调速,电机的转动方向处决于t1的大小。,www.bonding.cc,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。,www.bonding.cc,单向式PWM调速,www.bonding.cc,3、直流伺服电机闭环速度控制系统,www.bonding.cc,www.bonding.cc,www.bonding.cc,3.1.6 直流伺服电机位置伺服控制系统,www.bonding.cc,www.bonding.cc,位置伺服模块,www.bonding.cc,www.bonding.cc,www

5、.bonding.cc,www.bonding.cc,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 。,www.bonding.cc,3.2.2 交流伺服电机结构和工作原理,www.bonding.cc,www.bonding.cc,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转方向相同，其旋转速度n可表达为：,www.bonding.cc,www.bonding.cc,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。,www.bonding.cc,改变定子电压的速度控制,www.bonding.cc,其基本原理

6、是利用电机转差率的改变来达到 控制速度的目的。,www.bonding.cc,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。,www.bonding.cc,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,www.bonding.cc,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。,www.bonding.cc,www.bonding.cc,www.bonding.cc,www.bonding.cc,Vf（电压频率比）控制,www.bonding.cc,www.bonding.cc,3.2.3 逆变器,

7、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,www.bonding.cc,电流型逆变器主电路的工作原理,www.bonding.cc,电压型逆变器主电路的工作原理,www.bonding.cc,逆变器的PWM控制,www.bonding.cc,www.bonding.cc,www.bonding.cc,逆变器的数字控制,www.bonding.cc,www.bonding.cc,www.bonding.cc,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。,www.bonding.cc,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,www.bonding.cc,www.bonding.cc,2、液压阀的分类,按控制功能分： 压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀 按液压系统的压力分： 低压阀（ 16MPa ） 按操作方式分： 手动操作阀、电动操作阀 按阀的工作方式分： 开关型、模拟量型,www.bonding.cc,3、开关型电动液压阀,www.bonding.cc,www.bonding.cc,4、模拟量型电动液压阀,www.bonding.cc,www.bonding.cc,www.bonding.cc,5、液压阀的计算机控制,

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