直流伺服电机调速系统(三闭环)

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数控复习-判断题

1.开环控制数控机床没有位置检测装置，闭环控制数控机床的位置检测装置安装在机床刀架或工作台等执行部件上。

2.闭环和半闭环控制数控机床都有位置检测装置，半闭环控制机床的位置检测装置安装在伺服电机或丝杠的端部。

3.点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到另一个位置的精确定位，从一个位置到另一个位置的移动轨迹则无严格要求。

4.直线控制数控机床的特点是机床的运动部件不仅要实现从一个位置到另一个位置的精确定位，而且要求机床工作台或刀具以给定的进给速度，沿平行于坐标轴的方向或与坐标轴成45度的方向进行直线移动和切削加工。

5.轮廓控制数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个或两个以上坐标轴的联动控制，使刀具与工件间的相对运动符合工件轮廓要求。

6.两轴半联动除了控制两个坐标轴联动外，还同时控制第三坐标轴做周期性进给运动，可以实现简单曲面的轨迹控制。

7.数控机床采的有是右手笛卡儿坐标系，大拇指指向X轴的正方向，食指指向Y轴的正方向，中指指向Z轴的正方向，刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。

8.在确定数控机床坐标轴时，一般先确定Z轴，后确定其他轴。

通常将平行于机床主轴的方向定为Z坐标轴，刀具远离工件的方向作为Z轴的正方向。

9.对于工件旋转类机床（如数控车床、外圆磨床）等，X轴方向是在工件的径向上，且平行于横滑座。

10.在数控铣床上加工零件时，为了减少加工面上接刀的痕迹，提高轮廓表面的质量，应避免法向切入、切出，最好沿零件轮廓延长线从切向切入和切出工件。

11.对于刀具旋转类机床，如果Z轴是垂直的，则面对刀具主轴向立柱方向看，X轴的正方向为向右方向，如果Z轴是水平的，则从刀具主轴后端向工件方向看，X轴的正方向为向右方向。

12.选择铣刀类型应与工件表面形状与尺寸等相适应，加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。

直流伺服电机的工作原理

直流伺服电机的工作原理
直流伺服电机是一种利用直流电源驱动的电动机。

其工作原理基于电磁感应的原理，主要包括电磁场产生、电力转换和闭环控制三个方面。

首先是电磁场产生，直流伺服电机内部有一组永磁体和一组电磁线圈。

当电流通过电磁线圈时，会产生一个磁场，该磁场将与永磁体的磁场相互作用，从而产生一个力矩。

可以通过改变电流的大小和方向来控制电磁场的强弱和极性，进而实现力矩的调节。

然后是电力转换的过程。

直流伺服电机通常通过直流电源供电，电源提供的直流电流经过控制器进行调节和分配。

控制器根据系统需求，通过改变电流的幅值和极性来控制伺服电机的运动。

电流经过电机的线圈时，会产生电流与磁场相互作用的力矩，从而驱动电机转动。

同时，电流也会通过电机的线圈产生电阻损耗和铜损耗。

最后是闭环控制，直流伺服电机通常配备反馈装置，如编码器或霍尔传感器。

这些传感器可以实时监测电机的转动角度和速度，并将信息反馈给控制器。

控制器通过对反馈信号的比较和计算，实时调整电流的输出，以使得电机的位置或速度达到预定的目标。

这种闭环控制可以保证伺服电机在不同负载和工况下的稳定性和精度。

综上所述，直流伺服电机的工作原理主要包括电磁场产生、电力转换和闭环控制三个方面。

通过调节电磁场的大小和方向，
利用电力转换将电能转化为力矩，然后通过闭环控制使电机按照预定目标进行位置或速度调节。

这种原理使得直流伺服电机在许多领域中得到广泛应用，包括工业自动化、机械加工、机器人技术等。

伺服电机控制系统毕业论文设计

进入90年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、MCT等相继问世，以及微处理器、大规模集成电路技术的发展，逆变装置也发生了根本性的变化。这些开关器件本身向着高频化、大容量、智能化方向发展，并出现集半导体开关、信号处理、自我保护等功能为一体的智能功率模块（正M）和大功率集成电路，使直流伺服电动机的关键部件之一―逆变器的成本降低，且向高频化、小型化发展。同时，永磁材料的性能不断提高和完善，特别是钕、铁、硼永磁材体的热稳定性和耐腐蚀性的改善，加上永磁电机研究和开发经验的逐步成熟，稀土永磁直流伺服电动机的应用和开发进入一个新阶段，目前正朝着超高速、高转矩，高功能化、微型化方向发展[3]。
调速应用领域最初用得最多的是直流电机，随着交流调速技术特别是电力电子技术和控制技术的发展，交流变频技术获得了广泛应用，变频器和交流电动机迅速渗透到原来直流调速系统的绝大多数应用领域。近几年来，由于直流伺服电动机体积小、重量小和高效节能等一系列优点，中小功率的交流变频系统正逐步被直流伺服电动机系统所取代，特别是在纺织机械、印刷机械等原来应用变频系统较多的领域，而在一些直接由电池供电的直流电机应用领域，则更多的由直流伺服电动机所取代。
This article mainly discusses the designations of three-phase BLDCM velocity modulation system. The master controlled unit is BLDCM special-purpose control chip 80C196MC, assistanceswith the keyboard, the monitor, examines the electric circuit, the power electric circuit, actuates the electric circuit, the protection circuit and so on. The BLDCM with 3 Hall sensors establishing inside, to exam the position of the rotor and decide the phase change of electricalmachinery, the system calculates the rotational speed of the electrical machinery to realize the velocity-feedback control according to the Hall signal.

直流伺服电机控制系统设计

电子信息与电气工程系课程设计报告设计题目：直流伺服电机控制系统设计系别：电子信息与电气工程系年级专业：学号：学生姓名：2006级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书摘要随着集成电路技术的飞速发展，微控制器在伺服控制系统普遍应用，这种数字伺服系统的性能可以大大超过模拟伺服系统。

数字伺服系统可以实现高精度的位置控制、速度跟踪，可以随意地改变控制方式。

单片机和DSP在伺服电机控制中得到了广泛地应用，用单片机作为控制器的数字伺服控制系统，有体积小、可靠性高、经济性好等明显优点。

本设计研究的直流伺服电机控制系统即以单片机作为核心部件,主要是单片机为控制核心通过软硬件结合的方式对直流伺服电机转速实现开环控制。

对于伺服电机的闭环控制，采用PID控制，利用MATLAB软件对单位阶跃输入响应的PID 校正动态模拟仿真，研究PID控制作用以及PID各参数值对控制系统的影响，通过试凑法得到最佳PID参数。

同时能更深度地掌握在自动控制领域应用极为广泛的MATLAB软件。

关键词：单片机直流伺服电机 PID MATLAB目录1.引言 ...................................................... 错误!未定义书签。

2．单片机控制系统硬件组成.................................... 错误!未定义书签。

微控制器................................................ 错误!未定义书签。

DAC0808转换器.......................................... 错误!未定义书签。

运算放大器............................................... 错误!未定义书签。

按键输入和显示模块....................................... 错误!未定义书签。

第四章闭环伺服系统

在求和电路中相加，则得磁头总输出电压为：
U = U 0 sin (ω t+ 2 π x /λ )
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第四章进给伺服系统
脉冲编码器
脉冲编码器是一种旋转式角位移检测装置，能将机械转角变换成电脉冲，是数空机床上使用最光的检测装置。
光电式
脉冲编码器的分类增量式脉冲编码器接触式
磁
磁
检测电路
伺服系统数字显示
尺
磁尺位置检测装置
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第四章进给伺服系统
磁尺位置检测装置
表面录有相等节距（一般为0.05，0.1，磁性标尺：
0.2，1mm）周期变化的磁信号。
磁尺按基 N 本形状分为平面实体形磁尺一般长度为600mm
磁尺
带状磁尺基体厚0.2mm，宽70mm
① 20mm
② 10mm
③ 0.35mm
④ 2.85mm
答： ① 设有一光栅的条纹密度是10条/mm，要利用它测出1的位移，应采用___套光电转换装置。 ①1 答： ② ②2 ③3 ④4
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第四章进给伺服系统
磁尺位置检测装置磁尺：是一种精度较高的位置检测装置。它由磁性标尺、磁头、和检测电路组成。

W、ω、θ之间的关系
ω
ω
θ
BC=ABsin(θ/2) 其中
ω
光栅节距
标尺光栅 θ
BC=ω/2 ， AB=W/2 ，
指示光栅 B
因此
W=ω/sin(θ/2)
C θ /2 W /2
由于θ很小，θ单位为rad时， Sin(θ/2) ≈ θ 故 W ≈ ω/ θ

《数控技术》课后答案

第3章习题解答3.1 简述数控伺服系统的组成和作用。

数控伺服驱动系统按有无反馈检测元件分为开环和闭环（含半闭环）两种类型。

开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。

驱动控制单元的作用是将进给指令转化为执行元件所需要的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。

闭环（半闭环）伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床，以及反馈检测元件、比较环节组成。

位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。

3.2 数控机床对伺服系统有哪些基本要求？数控机床对伺服系统的基本要求：⒈精度高；⒉快速响应特性好；⒊调速范围宽；⒋系统可靠性好。

3.3 数控伺服系统有哪几种类型？简述各自的特点。

数控伺服系统按有无检测装置分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。

开环伺服系统是指不带位置反馈装置的控制方式。

开环控制具有结构简单和价格低廉等优点。

半闭环伺服系统是通过检测伺服电机的转角间接地检测出运动部件的位移（或角位移）反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。

这种系统的调试十分方便，并具有良好的系统稳定性。

闭环伺服系统将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置的比较器中与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。

闭环控制系统的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与机械传动链的误差无关，其控制精度将超过半闭环系统。

3.4 简述步进电动机的分类及其一般工作原理。

从结构上看，步进电动机分为反应式与激磁式，激磁式又可分为供电激磁和永磁式两种。

按定子数目可分为单段定子式与多段定子式。

按相数可分为单相、两相、三相及多相，转子做成多极。

在输入电信号之前，转子静止不动；电信号到来之后，转子立即转动，且转向、转速随电信号的方向和大小而改变，同时带动一定的负载运动；电信号一旦消失，转子立即自行停转。

伺服电机的制动方式与原理,伺服电机的控制方法

伺服电机的制动方式与原理，伺服电机的控制方法
伺服电动机又叫执行电动机，或叫控制电动机。

在自动控制系统中，伺服电动机是一个执行元件，它的作用是把信号（控制电压或相位）变换成机械位移，也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移。

其容量一般在0.1-100W，常用的是30W 以下。

伺服电动机有直流和交流之分。

伺服电机的制动方式及其原理1、电气制动法：
（1）动态制动器（又称能耗制动）由动态制动电阻组成，在故障、急停、电源断电时通过能耗制动缩短伺服电机的机械进给距离。

（2）再生制动（又称回馈制动）是指伺服电机在减速或停车时将制动产生的能量通过逆变回路反馈到直流母线，经阻容回路吸收。

2、机械制动法
电磁制动是通过机械装置锁住电机的轴。

用户往往对电磁制动、再生制动、动态制动的作用混淆，选择了错误的配件。

动态制动器由动态制动电阻组成，在故障、急停、电源断电时通过能耗制动缩短伺服电机的机械进给距离。

动态制动器由动态制动电阻组成，在故障，急停，电源断电时通过能耗制动缩短伺服电机的机械进给
一般都是在伺服电机的U V W相上引出三根线上面分别串上一个制动电阻，这三个电阻接到一个继电器上，在伺服电机正常工作时这个继电器是吸合的三个相线不短接当伺服电机要制动时继电器就断电释放三个相线接到一起了就开始制动了。

再生制动是指伺服电机在减速或停车时将制动产生的能量通过逆变回路反馈到直流母线。

经阻容回路吸收。

直流伺服电机的基本特性

直流伺服电机的基本特性网络2010-08-01 01:50:12 网络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。

直流电机的机械特性曲线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。

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U a 变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性。

直流电机的调节特性曲线斜率K反映了电机转速n随控制电压U a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R a的影响、机械特性硬度的影响。

直流伺服电机的种类和主要技术参数1、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2、主要技术参数：额定功率P e•额定电压U e•额定电流I e•额定转速n e•额定转矩M I e•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。

直流伺服电机结构和速度控制原理直流伺服电机结构示意图1、直流电机的输出电磁转矩表达式为：2、控制直流伺服电机电磁转矩和速度的方法有两种：•改变电枢电压U a即改变电枢电流I a的方法；•改变励磁电流I f即改变磁通ф的方法。

3、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。

伺服电机怎么调速的原理

伺服电机怎么调速的原理伺服电机调速的原理是通过控制电机的转矩或转速来实现对电机的精确控制。

伺服电机是由电机和控制系统组成的闭环控制系统。

下面我将详细介绍伺服电机的调速原理。

首先，伺服电机调速的基础是对电机的速度和位置进行测量。

通常情况下，会使用编码器或传感器来测量电机的转速和位置。

编码器可以通过记录电机转子的位置来实现对电机转角和转速的测量，从而提供给控制系统进行反馈。

其次，伺服电机调速的原理是将测量到的转速和位置信号与设定值进行对比，并通过控制器进行调节，以使电机的真实转速和位置与设定值尽可能接近。

控制器根据测量信号和设定值之间的差异来计算电机的转速误差，并输出调整信号给电机驱动器，通过控制电机的转矩和转速来实现对电机的调节。

伺服电机的控制器通常采用PID控制算法，PID控制器有比例(P)、积分(I)和微分(D)三个部分组成。

比例控制用来快速响应设定值变化，减小误差。

积分控制主要用来消除系统的稳态误差，使系统达到一个稳定的状态。

微分控制主要用来改善系统的动态响应，提高系统的稳定性。

在PID控制器中，比例控制器的输出与误差信号成正比，积分控制器的输出与误差信号的积分成正比，微分控制器的输出与误差信号的微分成正比。

这三个部分的输出通过加权和叠加的方式得到最终的控制器输出，即控制电机的驱动信号。

最后，伺服电机调速的原理还包括电机驱动器对电机的驱动控制。

电机驱动器接收控制器的输出信号，并根据这个信号来调整电机的供电电流和电压，从而控制电机的转矩或转速。

电机驱动器通常包括功率放大器和电流控制回路，能够根据输入的控制信号输出相应的驱动电流给电机。

总结起来，伺服电机调速的原理是通过对电机的转速和位置进行测量，并将测量结果与设定值进行对比，通过控制器计算调整信号，并输出给电机驱动器，以实现对电机的精确控制。

伺服电机调速的关键是控制器的设计和参数调节，以及电机驱动器对电机的精确驱动。

数控机床伺服系统的分类

数控机床伺服系统的分类数控机床伺服系统按用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；按控制原理和有无检测反馈环节分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统；按使用的执行元件分为电液伺服系统和电气伺服系统。

1.按用途和功能分：(1)进给驱动系统：是用于数控机床工作台坐标或刀架坐标的控制系统，控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的力矩。

主要关心其力矩大小、调速范围大小、调节精度高低、动态响应的快速性。

进给驱动系统一般包括速度控制环和位置控制环。

(2)主轴驱动系统：用于控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。

主要关心其是否有足够的功率、宽的恒功率调节范围及速度调节范围；它只是一个速度控制系统。

2.按使用的执行元件分：(1)电液伺服系统其伺服驱动装置是电液脉冲马达和电液伺服马达。

其优点是在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳；其缺点是液压系统需要供油系统，体积大、噪声、漏油等。

（2）电气伺服系统其伺服驱动装置伺服电机（如步进电机、直流电机和交流电机等）。

其优点是操作维护方便，可靠性高。

其中，1）直流伺服系统其进给运动系统采用大惯量宽调速永磁直流伺服电机和中小惯量直流伺服电机；主运动系统采用他激直流伺服电机。

其优点是调速性能好；其缺点是有电刷，速度不高。

2）交流伺服系统其进给运动系统采用交流感应异步伺服电机（一般用于主轴伺服系统）和永磁同步伺服电机（一般用于进给伺服系统）。

优点是结构简单、不需维护、适合于在恶劣环境下工作；动态响应好、转速高和容量大。

3.按控制原理分（1）开环伺服系统系统中没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。

开环伺服系统的特点：1. 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。

2. 无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，机床运动精度主要取决于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。

步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上，影响零件的精度。

伺服电机

第三节直流伺服驱动控制直流伺服电动机是用直流电信号控制的执行元件，它的功能是将输入的电压控制信号，快速转换为轴上的角位移或角速度输出。

直流伺服电动机具有线性调速范围宽、信号响应迅速、无控制电压立即停转、堵转转矩大等特点，作为驱动元件被广泛应用于数控闭环(或半闭环)进给系统中。

以直流伺服电机作为驱动元件的伺服系统称为直流伺服系统。

一、直流伺服电动机的工作原理及类型1．工作原理直流电机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小与电机中的气隙磁场成正比。

直流电机的工作原理如图3–12所示，位于磁场中的线圈abcd 的a端和d端分别连接于各自的换向片上，换向片又分别通过静止的电刷A和B 与直流电源的两极相连。

当电流通过线圈时，产生电磁力和电磁转矩，使线圈旋转，线圈转动的同时，abcd的两个相连的换向片的位置产生变化，从而改变了所接触的电源极性，维持线圈沿固定方向连续旋转。

图3–12 直流电机的工作原理图就原理而言，一台普通的直流电机也可认为就是一台直流伺服电机，因为当一台直流电机加以恒定励磁，若电枢(多相线圈)不加电压，电机不会旋转；当外加某一电枢电压时，电机将以某—转速旋转，改变电枢两端的电压，即可改变电机转速，这种控制叫电枢控制。

当电枢加以恒定电流，改变励磁电压时，同样可达到上述控制目的，这种方法叫磁场控制。

直流伺服电机一般都采用电枢控制。

直流电机的种类很多，但它们的工作原理都是一样的，但是由于功用不同，在结构和工作性能上也有所区别。

2．直流伺服电机的分类直流电机按其励磁方式分为永磁式、励磁式(他励、并励、串励、复励)、混合式(励磁和永磁合成)三种；按电枢结构分为有槽、无槽、印刷绕组、空心杯形等；按输出量分为位置、速度、转矩(或力)三种控制系统；按运动模式分为增量式和连续式；按性能特点及用途不同又有不同品种。

二、常用直流伺服电动及特点永磁电机和他励电机适合于数控机床，而这类电机在实际应用中，习惯上按其性能特点又有小惯量直流伺服电机和宽调速直流伺服电机之分。

伺服电机控制系统

伺服电机控制系统简介伺服电机控制系统是一种能够精确控制转速、位置和加速度等参数的电机控制系统。

它广泛应用于机器人、数控机床、自动化生产线等高精度设备中。

伺服电机控制系统采用了闭环反馈控制原理，通过传感器测量运动参数并与设定值进行比较，控制电机输出的电流、电压和转动角度等。

组成部分伺服电机控制系统主要由以下几个部分组成：电机部分伺服电机是控制系统的核心部分，它能够将电能转换成机械能，实现运动控制。

伺服电机通常采用直流无刷电机或交流电机，输出转矩和角速度等参数。

为了实现更高的精度，通常还配备了编码器，可以精确测量电机角度和转速。

控制器控制器是伺服电机控制系统的大脑，它通过处理运动参数、误差反馈等信息，控制电机输出的电流和电压等参数。

控制器通常采用数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）等芯片，拥有高效的计算能力和精确的定时能力。

传感器传感器是控制系统的感知器，能够测量运动参数、温度等未知参数，并将其转换为电信号反馈给控制器。

传感器包括位置传感器、加速度传感器、温度传感器等，在控制系统中起到非常重要的作用。

软件伺服电机控制系统需要运行软件来实现各项功能，包括速度控制、位置控制、加速度控制、误差检测等功能。

软件通常由厂家提供，也可以由用户自行开发，运行在控制器上。

工作原理伺服电机控制系统采用闭环反馈控制原理，具体工作流程如下：1.传感器测量电机转速、位置等参数，并将数据反馈到控制器。

2.控制器计算当前误差值，并根据预设的控制算法输出电机的电流、电压和转角度等参数。

3.电机根据控制器输出的参数进行转动，同时传感器测量电机实际转速、位置等参数，并将数据反馈给控制器。

4.控制器根据电机反馈的数据重新调整输出参数，并不断迭代，直到误差值达到设定范围。

应用场景伺服电机控制系统广泛应用于各种高精度设备中，例如：1.机器人：机器人需要精确控制关节运动参数，使用伺服电机可以实现高精度控制，提高机器人运动效率和精度。

伺服电机的原理及应用有哪些

伺服电机的原理及应用有哪些伺服电动机又称执行电动机，在自动掌控系统中，用作执行元件，把所收到的电信号，转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

分为直流和交流伺服电动机两大类，其重要特点是：当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的加添而匀速下降。

一、伺服电机是一个典型闭环反馈系统减速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给掌控线路板，掌控线路板将其与输入的掌控脉冲信号比较，产生矫正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令矫正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机定位的目的。

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器掌控的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器依据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决议于编码器的精度（辨别率）。

1、直流伺服电机：输入或输出为直流电能的旋转电机。

它的模拟调速系统一般是由2个闭环构成的，既速度闭环和电流闭环，为使二者能够相互协调、发挥作用，在系统中设置了2个调整器，分别调整转速和电流。

2个反馈闭环在结构上采纳一环套一环的嵌套结构，这就是所谓的双闭环调速系统，它具有动态响应快、抗力强等优点，因而得到广泛地应用。

直流伺服电机可应用在火花机，机器手，的机器等，同时可加配减速箱，令机器设备带来牢靠的精准性及高扭力。

2、交流伺服电机：输入或输出为交流电能的旋转电机。

交流伺服电机分为同步和异步电机。

同步电机的重要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。

作为发电机运行是同步电机zui重要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种紧要的运行方式。

同步电动机的功率因数可以调整，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。

异步电机负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。

异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能充足大多数工农业生产机械的传动要求。

伺服系统在工业机器人的应用

伺服系统在工业机器人的应用工业机器人有4大组成部分，分别为本体、伺服、减速器和控制器。

而其中，工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。

一般情况下，对于交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转矩控制等多种功能。

伺服系统(servomechanism)又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。

伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。

伺服系统是以变频技术为基础发展起来的产品，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。

伺服系统除了可以进行速度与转矩控制外，还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。

广义的伺服系统是精确地跟踪或复现某个给定过程的控制系统，也可称作随动系统。

狭义伺服系统又称位置随动系统，其被控制量(输出量)是负载机械空间位置的线位移或角位移，当位置给定量(输入量)作任意变化时，系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变化。

伺服系统的结构组成机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。

伺服系统组成原理框图1、比较环节比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。

2、控制器控制器通常是计算机或PID(比例、积分和微分)控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。

3、执行环节执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。

机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。

4、被控对象被控对象指被控制的物件，例如一个机械手臂，或是一个机械工作平台。

5、检测环节检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。

直流伺服电机

毕业论文论文题目学院专业年级学号学生姓名指导教师完成时间年月肇庆学院教务处制摘要：随着科学技术的不断快速发展，人们对生活质量、生产效率及安全性等方面的要求越来越高，而自动化控制系统以其能将人类从复杂、繁琐危险、的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率等的众多优点被大家所接受并得到了广泛的推广应用，逐渐成为现在生活生产中必不可少的一种科技，因此该设计具有很深远的研究价值。

设计主要是一种基于A VR单片机控制，采用ATmega16的芯片，通过用H桥式控制PWM通过检测光脉冲数进行定位进行对减速电机的控制，从而实现对系统的位置控制。

设计的目的是通过一个位置控制系统来自动控制门得开关，比较手动的，自动控制更省时省力，更安全，而且增加了生活的乐趣。

设计的结果是：所设计的位置控制系统，能较为稳定地对电机进行控制，符合实验的要求。

关键词：AVR单片机H桥式控制减速电机Abstract:With the rapid development of science and technology, more and morepeople on the quality of life, production efficiency and safety aspects of the higher requirements, and the automatic control system for its many advantages canbe complex, tedious, dangerous from human labor environment to liberate and improve the control efficiency ofthe acceptedand popularized widely used, has gradually becomean essentialtechnology in the production of life now, so ithas very far-reachingresearch value of the design. Design is a A VR microcontroller based control, using ATmega16 chip, through the bridge control of PWM by detecting the pulsenumber of positioning control gear motor with H, in order toachieve position control system. The purpose of the design is througha position control system to automatic control door switches,compared with manual, automatic control more time-saving, more secure,and to increase the pleasures of life. The result of the design is: position control system design, can steadily control the motor, meets the test requirements.Keywords: A VR microcontroller H bridge control gear motor目录：第一章：绪论 (5)1.1、直流伺服电机的背景、原理及分类 (5)1.1.1：背景： (5)1.1.2：原理： (6)1.1.3：分类： (6)1.2、直流伺服电机的应用与意义 (7)1.2.1：应用： (7)1.2.2：意义： (7)1.3、国内外现状和发展趋势 (8)第二章：直流伺服电机（减速电机）的工作原理、结构及其基本特性 (10)2.1、直流伺服电机的工作原理、原理 (10)2.2、直流伺服电机的基本特性 (10)2.2.1、直流伺服电机的机械特性 (11)2.2.2、直流伺服电机的调节特性 (12)2.2.3、直流伺服电机的动态特性 (13)2.3、直流减速电机 (18)第三章：A VR单片机系统的结构概况 (19)3.1、单片机的基本组成结构 (19)3.2、A VR单片机的介绍 (21)3.3、ATmega16单片机的介绍 (23)第四章：A VR单片机实现位置控制 (27)4.1、设计的原理: (27)4.1.1、H桥电路 (27)4.2、设计的电路框图 (31)4.2.1、独立按键： (31)4.2.2、光电码盘： (31)4.2.3、A VR单片机最小系统 (32)4.2.4、H桥驱动 (32)4.2.5、直流电机 (33)第五章：总结 (33)参考文献： (34)致谢： (37)第一章：绪论1.1、直流伺服电机的背景、原理及分类1.1.1：背景：近半个世纪以来，随着科学技术的快速发展进步，关于直流伺服控制技术的各项研究已经慢慢地走向成熟，直流伺服控制系统也随之得到了很大的重视，在研究探讨中不断的进步，在系统性能要求较高以及市场的急切需求的情况下得到了更深层次的理解，得到了广大人们的广泛地应用。

伺服电机结构和工作原理

（1）幅值控制保持控制电压与励磁电压间旳相位差不变，仅变化控制电压旳幅值。
（2）相位控制保持控制电压旳幅值不变，仅变化控制电压与励磁电压间旳相位差。
（3）幅-相控制同步变化控制电压旳幅值和相位。
二、直流伺服电动机
1．基本构造
老式旳直流伺服电动机动实质是容量较小旳一般直流电动机，有他励式和永磁式两种，其构造与一般直流电动机旳构造基本相同。
三、交直流伺服电动机旳区别
直流伺服电动机旳缺陷： ① 电刷和换向器易磨损，换向时产生火花，限制转速 ② 构造复杂，制造困难，成本高交流伺服电动机旳优点： ① 构造简朴，成本低廉，转子惯量较直流电机小 ② 交流电动机旳容量不小于直流电动机
伺服系统旳性能要求
一、基本要求
1、位移精度高位移精度：指指令脉冲要求机床工作台旳位移量和该指令脉
1、构造(永磁同步电机) 主要由：定子1、转子5和检测元件8等几部分构成。
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2．工作原理
交流伺服电动机在没有控制电压时，气隙中只有励磁绕组产生旳脉动磁场，转子上没有开启转矩而静止不动。当有控制电压且控制绕组电流和励磁绕组电流不同相时，则在气隙中产生一种旋转磁场并产生电磁转矩，使转子沿旋转磁场旳方向旋转。但是对伺服电动机要求不但是在控制电压作用下就能开启，且电压消失后电动机应能立即停转。假如伺服电动机控制电压消失后像一般单相异步电动机那样继续转动，则出现失控现象，我们把这种因失控而自行旋转旳现象称为自转。
为消除交流伺服电动机旳自转
现象，必须加大转子电阻r2，这是因为当控制电压消失后，伺服电动
机处于单相运营状态，若转子电阻
很大，使临界转差率sm>1，这时正负序旋转磁场与转子作用所产生旳

2020年中国石油大学北京网络学院机电一体化系统设计-第二次在线作业参考答案

中国石油大学北京网络学院
机电一体化系统设计-第二次在线作业
参考答案
1.（
2.5分）全闭环系统的优点是
A、精度高
B、系统简单
C、成本较低
D、调试简单
我的答案：A 此题得分：2.5分
2.（2.5分）半闭环伺服结构的特点不包括：
A、系统简单
B、稳定性好
C、调试困难
D、成本较低
我的答案：C 此题得分：2.5分
3.（2.5分）实际转速1350r/min、电源频率50Hz的交流感应电动机，其转差率是多少？
A、0.05
B、0.1
C、0.15
D、0.2
我的答案：B 此题得分：2.5分
4.（2.5分）某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相六拍运行时步距角是多少？
A、3°
B、2.5°
C、2°
D、1.5°
我的答案：D 此题得分：2.5分
5.（2.5分）采用PWM驱动系统的优点不包括。

简述直流伺服电机的pwm工作原理

直流伺服电机的PWM工作原理一、引言直流伺服电机是一种常见的电动机，其通过PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）技术来实现精确的速度和位置控制。

本文将详细介绍直流伺服电机的PWM工作原理。

二、直流伺服电机概述直流伺服电机是一种将电能转换为机械能的装置，可以精确地控制转速和位置。

它由电源、电机、编码器、控制器等组成。

其中，控制器通过PWM信号来控制电机的转速和位置。

三、PWM技术原理PWM技术是一种通过改变信号的脉冲宽度来控制电平的技术。

在直流伺服电机中，PWM信号被用来控制电机的转速和位置。

PWM信号的周期固定，脉冲宽度根据控制要求来调整。

四、PWM信号的生成PWM信号的生成可以通过硬件电路或软件算法来实现。

以下是一种常见的软件算法生成PWM信号的方法：1.设置一个固定的周期，通常为几十毫秒。

2.将周期分为若干个等宽的时间片段。

3.根据控制要求，确定每个时间片段的脉冲宽度。

4.在每个时间片段内，输出高电平或低电平的信号。

五、PWM信号的控制PWM信号的控制通过改变脉冲宽度来实现。

以下是一些常见的控制方法：1.改变脉冲宽度的占空比：通过改变脉冲宽度与周期的比值来控制电机的转速。

占空比越大，电机转速越快；占空比越小，电机转速越慢。

2.改变脉冲宽度的位置：通过改变脉冲的位置来控制电机的位置。

脉冲越靠前，电机位置越靠前；脉冲越靠后，电机位置越靠后。

六、直流伺服电机的控制直流伺服电机的控制可以通过PID控制算法来实现。

PID控制是一种常见的反馈控制方法，通过不断调整控制信号，使得实际输出与期望输出之间的误差最小化。

以下是直流伺服电机的控制步骤：1.读取编码器的反馈信号，得到实际输出。

2.计算期望输出与实际输出之间的误差。

3.根据PID控制算法，计算控制信号。

4.将控制信号转换为PWM信号，输出给电机。

5.循环执行以上步骤，实现闭环控制。

七、直流伺服电机的应用直流伺服电机广泛应用于各种需要精确控制的领域，例如机械加工、机器人、自动化设备等。

伺服电机原理介绍

伺服电机原理介绍1、伺服系统（servo mechanism）是使物体的位置、方位、伺服电机状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。

伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。

有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。

因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。

控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。

电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。

2、交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。

大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。

因而适合做低速平稳运行的应用。

3、伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。

直流伺服是梯形波。

但直流伺服比较简单，便宜。

选型比较交流伺服电动机交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。