伺服控制系统介绍

1．交流伺服电机组成：励磁绕组/控制绕组：两绕组相差90度
励磁绕组：励磁电压
控制绕组：控制电压
2．交流伺服电机控制模式：
速度模式、位置模式、转矩模式
3．控制方式：
幅值控制：保持控制电压和励磁电压之间的相位角差β为90，仅仅改变控制电压的幅值，这种控制方式叫幅值控制。

相位控制：保持控制电压的幅值不变，仅仅改变控制电压与励磁电压的相位差β，这种控制方式叫相位控制。

幅值相位控制：在励磁电路中联移相电容，改变控制电压的幅值以引起励磁电压的幅值及其相对于控制电压的相位差发生变化，这种控制方式，叫幅值相位控制(或电
容控制）。

4．直流伺服电动机与普通直流电动机基本一样，也是由：
1、磁极（定子）
2、电枢（转子）、
3、电刷
4、换向器
定子磁极用于产生磁场。

5．直流伺服电机：直流伺服电动机具有起动转矩大、调速范围宽、机械特性和调节特性线性度好、控制方便等优点，被广泛应用在闭环或半闭环控制的伺服系统中。

6．直流伺服电机的分类：
按结构分：永磁式、电磁式
按励磁分：他励、并励、串励、复励
7．直流伺服电机结构与普通电机的区别有三点：
（1）转子是光滑无槽的铁芯，用绝缘粘合剂直接把线圈帖在铁心表面上。

（2）转子长而且直径小，这是为了减少转动惯量。

（3）定子结构采用图所示方形，提高了励磁线圈放置的有效面积．但由于无槽结构．气隙较大，励磁和线圈匝数较大，故损耗大，发热厉害，为此采取措施是在极间安放
船型挡风板，增加风压，使之带走较多的热量。

而线圈外不包扎形成赤裸线圈。

8．直流伺服电机
（1）、能量转换部分
直流伺服电机的能量转换部分的结构和工作原理与普通小型直流电动机基本相同。

它的励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立电源供电。

通常采用电枢控制，就是励磁电压U f 一定，建立的磁通量Φ也是定值，而将控制电压Uc加在电枢上。

（2）、编码器部分
用于返馈电动机转动的角度量。

9．直流伺服电机的速度控制方式：
(1)电枢电压控制（恒转矩调速方式）----在定子磁场不变的情况下，通过改变施加在电
枢绕组两端的电压来改变电动机的转速，由于负载和定子磁场均不变，电枢电流可以
达到额定值，相应的输出转矩也可以达到额定值，由电机学可知，这种调速方式称为
恒转矩调速方式。

(2) 激磁磁场控制---- 这种方式只适用于电磁式直流伺服电动机，是通过改变激磁电流的
大小来改变磁场强度，从而改变电动机的转速。

10．通过改变励磁磁场或电枢电压的方向能改变电动机的旋转方向，即将激磁绕组或电枢绕组的接线端对调就可改变转向。

11．直流伺服电机驱动器主要用于接收编码器的反馈信号和主机给定的速度信号，实时地控制伺服电机电枢电压。

驱动器与伺服电机配套使用.
12．恒转矩与恒功率：
恒功率就是功率不变，转速和转矩成反比；
恒转矩就是转矩不变，转速和功率成正比。

前者还好，后者对电机功率储备要求较高，一般规定在一定范围内，否则难办哦
13．电机调速的功率控制原理
摘要：本文根据电机功率转换的普遍原理，提出并证明恒转矩调速的实质在于电机的轴功率控制，转速调节是功率控制的响应，其关键为如何通过电功率控制轴功率。

关键词：电机调速功率控制原理
引言：
电机调速实质的探讨，是关系到近代交流调速发展的重要理论问题。

随着近代变频调速矢量控制及直接转矩控制等调速控制理论的提出和实践，很多有关文献和论著都把调速的转矩控制确认为调速的普遍规律，并提出调速的实质和关键在于电磁转矩控制。

然而，这种观点尚缺乏理论和实践的证明，值得商榷。

本文根据电机功率转换的普遍原理，提出并证明恒转矩调速的实质在于电机的轴功率控制，转速调节是功率控制的响应，其关键为如何通过电功率控制轴功率。

转矩控制仅适于恒功率调速，它只是电机调速的局部，而不是调速的普遍规律。

变频调速所依据的是转矩控制，实际执行的却是功率控制，因此才没有影响到应用的正确性。

一、功率控制与转矩控制
根据机电能量转换原理，凡电动机都可划分为主磁极和电枢两个功能部分。

主磁极的作用是建立主磁场，电枢则是与磁场相互作用将电磁功率转换为轴功率。

直流电动机的主磁极和电枢不仅结构鲜明，而且功能独立，无疑符合以上定义。

而交流（异步）电动机通常以定子、转子划分构成，需加说明。

根据所述电枢定义，异步机的轴功率产生于转子，因此，异步机真正的电枢是转子。

问题在于定子，一方面定子励磁产生主磁场，故定子是主磁极。

另一方面，定子又通过电磁感应为电枢（转子）输送电磁功率，却不产生轴功率，因此定子又具有电枢的部分特征，这里我们把它称为伪电枢。

定子的这种复合功能，是异步机区别于直流机的主要特征。

从电枢输出角度观察，电动机的轴功率与电磁转矩机械转速的关系为：
ＰM＝ＭΩ(１)
或Ω＝ＰM／Ｍ（２）
公式（２）除了给出了电机转速与轴功率和电磁转矩间的量值关系以外，同时表明，电机转速最终只能通过轴功率或电磁转矩两种控制获得调节，前者简称功率控制，后者简称转矩控制。

１. 功率控制
功率控制是以轴功率ＰM为调速主控量，作用对象必然是电枢或伪电枢。

电磁转矩在调速稳态时，取决于负载转矩的大小。

即Ｍ＝Ｍfz (３)
当负载转矩一经为客观工况所确定之后，电磁转矩就唯一地被决定了，因此电磁转矩不仅与调速控制无关，而且不能随意改变其量值。

电磁转矩对转速的作用表现在调速的过渡过程，转矩的变化是转速响应滞后的结果，此时，功率控制造成电磁转矩响应。

设电机调速前的稳态转速为Ω1，轴功率为ＰM1，调速后的稳态转速为Ω2，相应的轴功率变为ＰM2。

由于电磁转矩：
Ｍ＝ＰM／Ω(４）
故调速时，电磁转矩变为：
Ｍ＝ＰM2／Ω
由于受惯性的作用，在ｔ＝0的调速瞬时Ω＝Ω1，故
Ｍ＝ＰM2／Ω1
t=0
此时的电磁转矩将与原来的电磁转矩Ｍ1＝ＰM1／Ω1不等，转矩平衡被破坏并产生动态转矩，电机转速在动态转矩作用下开始由Ω1向Ω2过渡，其变化规律为：
Ω1＝（Ω1－Ω2）ｅ－ｔ/T＋Ω2（５）
电磁转矩则为：Ｍ＝ＰM2／（Ω1－Ω2）ｅ－ｔ/T＋Ω2
随着时间增大，动态转矩减小，直至电磁转矩与新的负载转矩平衡，即：
Ｍ＝ＰM2／Ω2＝Ｍfz，
转速稳定在Ω2不变，电机调速结束。

上述的调速过程可以由图１的框图说明。

图１功率控制的调速流程
功率控制作用的是电枢，主磁场或主磁通量保持不变，根据电机理论，电机的额定电磁转矩正比于主磁通量，受限于电枢的最大载流量。

因此功率控制调速时，电机的额定电磁转矩输出能力不变，属于恒转矩调速。

２. 转矩控制
根据公式（２），电机转速在轴输出功率不变的前提下，与电磁转矩成反比。

由于受电磁转矩以额定转矩为上限的约束，转矩控制实际上只能在额定转矩以下实现，因此属于恒功率调速。

电磁转矩的独立控制方法主要依据转矩公式：
Ｍ＝ＣMΦmＩS （直流机）(６)
或Ｍ＝ＣMΦmＩ2COSφ2 （交流机）(７)
受控的物理量为主磁通Φm，由于主磁通量Φm产生于主磁极，因此转矩控制实际上是磁场控制，作用对象为主磁极。

转矩控制调速同样要保证稳态时的转矩平衡，即：
Ｍ＝Ｍfz
由于调速稳态时，电磁转矩发生了变化，因此要求负载转矩适应于电磁转矩变化，即要求负载跟踪电机。

转矩控制实际是弱磁调速，主要用于额定转速以上的调速。

鉴于本文重点讨论的是功率控制，故不赘述。

20．只有直流电机有电枢，
电枢包括电枢铁心和电枢绕组，电枢绕组是直流电机的电路部分，也是感生电势、产生电磁转矩进行机电能量转换的部分（发电机是机械能转换成电能）。

电枢铁心既是主磁路的一部分有时电枢绕组的支撑部件，电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。

交流电机为转子。

直流电机和交流电机的感生电枢的原理大致相同，直流电机电枢绕组内的电流也是交流的，要通过换向器输出才是直流的。

交流电机分为感应电机（异步机）和同步电机，感应电机按转子结构分为鼠笼型转子和绕线型转子，感应电机是定子绕组产生磁场，转子绕组进行机电能量转换。

同步电机是转子绕组产生磁场，定子绕组进行机电能量转换。

参考资料：电机学
21．矢量控制是将电机电流分为转距和励磁两个方向进行分别控制，可以用于高精度转速控制，转距控制等。

所谓矢量控制，就是输出力矩带方向。

数学里面不是分向量和矢量吗？向量就不带方向。

22．一般我们把根据电磁感应原理使发电机转子形成旋转磁场的过程称为励磁.
励磁分类方法很多,比如按照发电机励磁的交流电源供给方式来分类:
第一类是由与发电机同轴的交流励磁机供电,称为交流励磁(他励)系统,此系统又可分为四种方式:
1.交流励磁机(磁场旋转)加静止硅整流器(有刷).
2.交流励磁机(磁场旋转)加静止可控硅整流器(有刷).
3.交流励磁机(电枢旋转)加硅整流器(无刷).
4.交流励磁机(电枢旋转)加可控硅整流器(无刷).
第二类是采用变压器供电,称为全静态励磁(自励)系统,当励磁变压器接在发电机的机端或接在单元式发电机组的厂用电母线上,称为自励励磁方式,把机端励磁变压器与发电机定子串联的励磁变流器结合起来向发电机转子供电的称为自复励励磁方式.这种结合方法也有四种:
1.直流侧并联
2.直流侧串联
3.交流侧并联
4.交流侧串联
23
一、矢量控制
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。

具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。

矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。

1、基于转差频率控制的矢量控制方式
基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U / f ＝恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f 进行控制的。

基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。

早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。

2、无速度传感器的矢量控制方式
无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。

实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。

它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。

采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。

由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器，并需使用厂商指定的变频器专用电动机进行控制，否则难以达到理想的控制效果。

目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

除了上述的无传感器矢量控制和转矩矢量控制等，可提高异步电动机转矩控制性能的技术外，目前的新技术还包括异步电动机控制常数的调节及与机械系统匹配的适应性控制等，以提高异步电动机应用性能的技术。

为了防止异步电动机转
速偏差以及在低速区域获得较理想的平滑转速，应用大规模集成电路并采用专用数字式自动电压调整（AVR ）控制技术的控制方式，已实用化并取得良好的效果。

二、直接转矩控制
直接转矩控制也称之为“直接自控制”，这种“直接自控制”的思想是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。

和矢量控制不同，直接转矩控制不采用解耦的方式，从而在算法上不存在旋转坐标变换，简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。

直接转矩控制技术，是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器（Band —Band 控制），把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器来控制，并产生PWM 脉宽调制信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。

它的控制效果不取决于异步电动机的数学模型是否能够简化，而是取决于转矩的实际状况，它不需要将交流电动机与直流电动机作比较、等效、转化，即不需要模仿直流电动机的控制，由于它省掉了矢量变换方式的坐标变换与计算和为解耦而简化异步电动机数学模型，没有通常的PWM 脉宽调制信号发生器，所以它的控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、系统的转矩响应迅速且无超调，是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式。

与矢量控制方式比较，直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链，它采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹的概念。

只要知道定子电阻就可以把它观测出来。

而矢量控制磁场定向所用的是转子磁链，观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感。

因此直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。

直接转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果。

与矢量控制方法不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量，对转矩的直接控制或直接控制转矩，既直接又简化。

24．
1、恒转矩调速是指调速时的输出转矩能力不变,标志是主磁通恒定,对于大多数的低同步调速,这是最为理想的调速.而恒功率调速则是调速时的输出功率能力不变,通常只适于超同步调速,实际上是指输出转矩能力随转速升高而减小
文献来源
2、3恒转矩的电磁功率控制调速所谓恒转矩调速是指额定输出转矩能力不变的调速,其特点是主磁通中恒定不变
"恒转矩调速" 在学术文献中的解释
25．简单啦，恒功率就是功率不变，转速和转矩成反比；恒转矩就是转矩不变，转速和功率成正比。

前者还好，后者对电机功率储备要求较高，一般规定在一定范围内，否则难办哦
26．在带有速度环，电压环和电流环的非独立激磁的直流电动机调速系统中的两种运转状态。

当磁场恒定，电枢电流恒定，靠改变电枢电压进行调速，为恒转矩调速，此时的运转状态为恒转矩运转。

在基速以上，进入弱磁升速时，电枢电压恒定，靠改变磁场激磁进行调速，为恒功率调速。

此时的运转状态，为恒功率运转。

理解及误解：
说直流他励电动机在基速以下是恒转矩运转，这是有先决条件的，那就是电枢电流恒定，要电枢电流恒定，必须是有电流环的自控系统，我们知道直流电动机的转矩与电枢电流激磁电流之积成正比，要是没有电流环电枢电流怎能恒定，试想，一台他励电动机，全磁，全压起动，电枢电流可达几倍甚至于几十倍，怎能是恒转矩呢？
同理，“基速以上是恒功率运转”也是有先决条件的，
那就是电枢电流恒定，电枢电压恒定，（因此就是功率恒定）
27．恒功率调速是指电机低速时输出转矩大，高速时输出转矩小，即输出功率是恒定的；
恒转矩调速是指电机高速、低速时输出转矩一样大，即高速时输出功率大，低速时输出功率小。

28．电机的恒转Me是电机在长期持续工作时,轴上输出的最大允许转矩。

电机的恒转矩Me,可根据其铭牌上所标的恒功率Pe（千瓦）和恒转速Ne（转/分）求得
Me=975×Pe÷Ne(公斤•米)
29．变频器驱动电机，在基频（通常为50HZ）以下一般做恒转矩控制，V/F为一固定值。

基频以上一般做恒功率控制，因为随着频率的不断增大，电压如若同步增大，电机绝缘是个难关。

这些知识在网上工控论坛中有关变频器的板块里有详细论述。