第九讲 机器人关节伺服驱动技术 PPT课件
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伺服基础培训教材ppt课件
＊可以检测出对于基准点的绝对位置 （旋转角度）的编码器
＊根据所需要的分辨率增加道数 ＊左图所示的6个道、旋转１圈的 分辨率为６４（６２）分之一
＊旋转1圈需要２，０４８分之一 的分辨率的话需要11个道， 但实际上也有办法减少道数
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22
驱动伺服电机的装置称为伺服增幅器（或伺服放大器）。伺服放大器在安川 电机产品里的称呼为伺服PACK。
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44
伺服电机应用举例
恒张力控制
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45
伺服系统的配置
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46
知识点总结：
工作模式 三环控制
1.扭矩控制模式 2.速度控制模式 3.位置控制模式
1.电流环 2.速度环 3.位置环
控制方式
1.开环控制方式 2.半闭环控制方式 3.全闭环控制方式
伺服电机的分类
1.DC直流伺服电机 2.AC交流同步伺服电机
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9
伺服马达结构
槽
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10
DC伺服电机与AC伺服电机的比较
DC伺服电机
转子
绕组
AC伺服电机 永久磁钢
定子
永久磁钢
UVW ３相绕组
整流
由电刷和换向器组
根据磁极检出控制
成的机械整流
３相绕组通所的电流来实现
特長
伺服驱动器简单
缺点
电刷必须定期检查更换
没有机械磨损部分 所以无需维护
伺服驱动器复杂
伺服机构将输入（目标值信号）与输出（实际机械的动作）经常作比较，控制其差值为零。
为了做出比较需将输出返回到输入端。由输出返回到输入端是与输入→输出的信号流向相反的所 以将其称为反馈（Feedback：向后供给的意思）控制。
伺服驱动ppt
① 调速范围宽，在大的速度范围内运转 稳定。
一般要求速比可达1:10000，最低稳
定运转速度nmin≤0.1r/min。
② 负载特性硬，抗扰动能力强。
能保证切削过程中受负载冲击时速度
不变，尤其在低速时，应有足够的负载能力。
第4章 伺服驱动系统
③ 反应速度快。
一般要求，伺服响应时间为几十毫秒，
箱、 滚珠丝杠驱动工作台运动， 其运动
的位移量与指令脉冲数成正比， 运动速
度与脉冲的频率成正比。
第4章 伺服驱动系统
4.2.1 步进电动机
步进电动机的特点
步进电动机是一种将电脉冲信号
转换成相应角位移的机电执行元件。给
一个电脉冲信号，步进电动机就回转一
个固定的角度，称为一步，所以称为步
进电动机。由于其转动角度由脉冲个数
第4章 伺服驱动系统
其主要缺点如下： （1）使用不当时，会引起 “失步”或
“过冲”。 （2）运转时有振动和噪音。 （3）额定转速较低，最高频率一般不超
过18kHz。
第4章 伺服驱动系统
2. 步进电动机的分类
（1） 反应式步进电动机
反应式步进电机的定子和转子由硅
钢片或其他软磁材料制成，定子上有励磁绕
荡现象。且其快速性好，动态精度高，传动机构的非线性
因素对系统的影响小。因此被广泛采用。但如果传动机构
的误差过大或其误差不稳定，则数控系统难以补偿。如由
传动机构的扭曲变形所引起的弹性间隙，因其与负载力矩
有关，故无法补偿。由制造与安装所引起的重复定位误差
以及由于环境温度与丝杠温度变化所引起的丝杠螺距误差
指令脉冲 环形 分配器
步进电动机
步进电动机 功率放大器
伺服电机讲解PPT课件
（3）I/O信号接口
驱动器
外部组成
电机电源输入 输出接线端子
数码显示窗口 参数设置键 计算机RS232口
I/O信号接口 编码器信号接口
交流伺服电机驱动器
系统结构
U V W
连接AC220V
I/O板
图 2-2 交流伺服电机系统接线示意 图
型号
ST系列交流伺服电机型号编号说明
110 ST -M 050 30 L F B Z 1 2 3 4 5 6 789
选型
功率的选择 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容
易因过载而损坏。
1. 对于连续运行的伺服电动机，所选功率应等于或 略大于生产机械的功率。
2. 对于短时工作的伺服电动机，允许在运行中有短 暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械 的功率。
Thanks for your attention!
绝对式编码器
每一个位置对应一个确定的数字码， 其示值只与测量的起始和终止位置有 关，与测量的中间过程无关
编码器结构
安装在电机后端，其转盘与电机同轴。 码盘、发光管、光电接收管、光栏板、放大整形电路
编码器结构
A相脉冲 B相脉冲 Z相脉冲
码盘
所刻条纹越多，分辨率越高
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
5：表示电机额定转速，其值为二位数×100，单位：r/min
选型
种类的选择 一般自动控制应用场合应尽可能选用交流伺服电 机。调速和控制精度很高的场合选用直流伺服电机或 其他专用的控制电机,如直线电机等。
结构型式的选择
根据工作方式和工作环境的条件选择不同的结构 型式，如频繁启停的场合选用空心杯转子结构的伺服 电机；如速度要求较平衡的场合选用大惯量伺服电机
驱动器
外部组成
电机电源输入 输出接线端子
数码显示窗口 参数设置键 计算机RS232口
I/O信号接口 编码器信号接口
交流伺服电机驱动器
系统结构
U V W
连接AC220V
I/O板
图 2-2 交流伺服电机系统接线示意 图
型号
ST系列交流伺服电机型号编号说明
110 ST -M 050 30 L F B Z 1 2 3 4 5 6 789
选型
功率的选择 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容
易因过载而损坏。
1. 对于连续运行的伺服电动机，所选功率应等于或 略大于生产机械的功率。
2. 对于短时工作的伺服电动机，允许在运行中有短 暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械 的功率。
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绝对式编码器
每一个位置对应一个确定的数字码， 其示值只与测量的起始和终止位置有 关，与测量的中间过程无关
编码器结构
安装在电机后端，其转盘与电机同轴。 码盘、发光管、光电接收管、光栏板、放大整形电路
编码器结构
A相脉冲 B相脉冲 Z相脉冲
码盘
所刻条纹越多，分辨率越高
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
5：表示电机额定转速，其值为二位数×100，单位：r/min
选型
种类的选择 一般自动控制应用场合应尽可能选用交流伺服电 机。调速和控制精度很高的场合选用直流伺服电机或 其他专用的控制电机,如直线电机等。
结构型式的选择
根据工作方式和工作环境的条件选择不同的结构 型式，如频繁启停的场合选用空心杯转子结构的伺服 电机；如速度要求较平衡的场合选用大惯量伺服电机
第九讲(2) 机器人关节伺服驱动技术
K f if
式中：K f
——常数，
if
为磁场励磁电流
由电动机产生的转矩 TM 正比于电枢电流 和气隙磁通的乘积，即
TM K1K f i f ia
式中： 1 ——常数 K
ia 是电枢电流
山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02
实例：直流伺服系统
在电枢控制的直流电动机中，励磁电 流为常数，故上式可写成：
直流电机的基本调速方式有三种: 1、调节电阻Ra、 2、调节电枢电压Ua 3、调节磁通Φ 的值。
山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02
转速与转矩的关系n=f(T)称机械特性
n n0
n
T
T
电机转速与理想转速的差Δ n，反 映了电机机械特性硬度，Δ n越小（转 矩对转速变化的影响程度越小），机械 特性越硬。
调节电枢电压时，直流电机机械特性为一组平行 线，只改变电机的理想转速n0 ，保持了原有较硬的 主要内容 机械特性，所以调压调速主要用于伺服进给驱动系统 电机的调速
n
如果Δ n值较大，不可 能实现宽范围的调速。 n
永磁式直流伺服电机 n 的Δ n值较小，因此， 进给系统常采用永磁式 直流电机。
Δn
0N
山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02
两种变频调速方式
自控式： 变频装置与电机非独立，变频装置的 输出频率是依据电动机轴上所带的转子位 置决定。组成电源频率自动跟踪转子位置 的闭环系统。 由于同步电机供电频率受转子位置的 控制即定子磁场转速与转子转速相等，始 终保持同步，因此不会出现转子振荡和失 步的隐患。
周期不变 周期不变
ωt
山东大学机械工程学院机电工程研究所2010/09/02
伺服系统培训课件
伺服系统培训课件伺服系统培训课件伺服系统是现代工业控制领域中一种重要的控制系统，广泛应用于机械设备、自动化生产线以及机器人等领域。
为了提高工作效率和生产质量，许多企业都在对员工进行伺服系统培训，以使他们能够熟练操作和维护伺服系统。
一、伺服系统的基本原理伺服系统是一种通过反馈控制来实现精确位置和速度控制的系统。
它由伺服电机、编码器、控制器和驱动器等组成。
伺服电机通过控制器接收指令信号，经过编码器反馈位置信息，再由驱动器将电信号转换为机械运动。
二、伺服系统的应用领域伺服系统广泛应用于各个领域，如机械加工、印刷包装、纺织印染、电子设备制造等。
在机械加工领域，伺服系统可以实现高精度的数控加工，提高加工质量和效率。
在印刷包装领域，伺服系统可以实现准确的定位和调整，提高产品的包装质量。
在纺织印染领域，伺服系统可以实现精确的控制，提高纺织品的印染质量。
在电子设备制造领域，伺服系统可以实现高速、高精度的组装和测试，提高产品的生产效率。
三、伺服系统的特点和优势伺服系统具有以下特点和优势：1. 高精度：伺服系统可以实现微米级的位置和速度控制，满足各种精密加工和控制需求。
2. 高可靠性：伺服系统采用闭环控制，具有自动校正和故障保护功能，可以提高系统的可靠性和稳定性。
3. 高效率：伺服系统采用数字控制技术，具有快速响应和高效能的特点，可以提高生产效率和能源利用率。
4. 灵活性：伺服系统具有多种控制模式和参数设置，可以适应不同的工作需求和工艺要求。
5. 易维护：伺服系统采用模块化设计和自动诊断功能，便于维护和故障排除。
四、伺服系统的操作和维护为了正确操作和维护伺服系统，员工需要掌握以下技能和知识：1. 了解伺服系统的基本原理和工作原理，掌握伺服电机、编码器、控制器和驱动器等组成部分的功能和特点。
2. 掌握伺服系统的安装和调试方法，包括电气连接、参数设置和调整等。
3. 学会使用伺服系统的操作界面和控制软件，熟悉各种操作指令和参数设置。
伺服基础培训资料PPT课件
步
光电型旋转编码器（增量型/绝对值型）
光电型旋转编码器,旋转变压器型
一般
快
好
一般（旋转变压器型可耐振动）
运行温度高
一般
基本可以免维护
较好
12
伺服系统控制
-
13
上位机
脉冲列
1.16 位置控制
アンプ 速度指令
偏差 计数器
+
－
速度环
力矩指令 电流环 +
－
M
位置感应
位置环
位置控制 ⇒ 通过对移动量（马达旋转数）的控制而达到任意目 标的位置。
電流环 速度环
伺服系统放大器Байду номын сангаас本构成图
-
速度 感应器
位置 感应器
10
伺服与变频的区别
• 主回路部分
o 整流单元（四相限电源） o 逆变单元 o 电流传感器
伺服主回路和变频器的 最大区别是：
1、过载倍数
2、电流采样精度
功率单元IPM和PIM之分，有集成模块和分离IGBT 结构
-
11
特性 力矩范围 速度范围
３轴使用
-
射出轴 夹紧轴 计量轴 送出轴
同时使用
26
• 案例一：横切
• 追剪的运动特点：
o 在设定的同步区牵引剪切部件的速度和送料速度一致，在同步区 完成剪切运动，而不同的切割长度则通过调节非同步区的速度来 适应。
-
27
• 案例二：排料
-
28
感谢聆听！ Thanks
-
29
从系统的结构特点来看: 有单回伺服系统、多回伺服系统和开环伺服系统、闭环伺服系统。
-
6
机器人的驱动系统PPT课件
(5)液压系统采用油液作为介质，具有防锈和自润滑性能，可 以提高机械效率，使用寿命长。
二、驱动元件
2)机器人采用液压驱动元件的缺点
(1)油液的黏度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起 油液燃烧、爆炸等危险。
(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故 造价较高。
(3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装 置，否则会引起故障。
电动机驱动可分为普通交流电动机驱动，交、直流 伺服电动机驱动和步进电动机驱动。
普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出转矩 大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。 伺服电动机和步进电动机输出转矩相对较小，控制性能好， 可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。
二、驱动元件
4. 各种驱动元件的特点
(4)必须对油的污染进行控制，稳定性较差。 (5)液压油源和进油、回油管路等附属设备占空间较大，造价较高。
二、驱动元件
2. 气压驱动元件
压缩空气黏度小，容易
达到高速(1 m/s)。
1
1)采用气 压驱动元 件的优点
利用工厂集中的空气 压缩机站供气，不必 添加动力设备。
空气介质对环境无污染， 使用安全，可直接应用 于高温作业。
二、电液伺服系统
图4-5 机械手手臂伸缩运动的电液伺服系统原理图
二、电液伺服系统
一、驱动方式
③外部驱动机构驱动臂部的形式。外部驱动机构驱 动臂部的形式适合于传递大转矩的回转运动，采用的传 动机构有滚珠丝杠、液压缸和气缸。
④驱动电动机安装在关节内部的形式。驱动电动机 安装在关节内部的形式称为直接驱动形式。
一、驱动方式
一、驱动方式
①滚动导轨按滚动体分为球、圆柱滚子和滚针。 ②滚动导轨按轨道分为圆轴式、平面式和滚道式。 ③滚动导轨按滚动体是否循环分为循环式和非循环式。 这些滚动导轨各有特点，装有滚珠的滚动导轨适用于 中小载荷和小摩擦的场合，装有滚柱的滚动导轨适用于重 载和高刚性的场合。受轻载滚柱的特性接近于线性弹簧， 呈硬弹簧特性；滚珠的特性接近于非线性弹簧，刚性要求 高时应施加一定的预紧力。
二、驱动元件
2)机器人采用液压驱动元件的缺点
(1)油液的黏度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起 油液燃烧、爆炸等危险。
(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故 造价较高。
(3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装 置，否则会引起故障。
电动机驱动可分为普通交流电动机驱动，交、直流 伺服电动机驱动和步进电动机驱动。
普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出转矩 大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。 伺服电动机和步进电动机输出转矩相对较小，控制性能好， 可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。
二、驱动元件
4. 各种驱动元件的特点
(4)必须对油的污染进行控制，稳定性较差。 (5)液压油源和进油、回油管路等附属设备占空间较大，造价较高。
二、驱动元件
2. 气压驱动元件
压缩空气黏度小，容易
达到高速(1 m/s)。
1
1)采用气 压驱动元 件的优点
利用工厂集中的空气 压缩机站供气，不必 添加动力设备。
空气介质对环境无污染， 使用安全，可直接应用 于高温作业。
二、电液伺服系统
图4-5 机械手手臂伸缩运动的电液伺服系统原理图
二、电液伺服系统
一、驱动方式
③外部驱动机构驱动臂部的形式。外部驱动机构驱 动臂部的形式适合于传递大转矩的回转运动，采用的传 动机构有滚珠丝杠、液压缸和气缸。
④驱动电动机安装在关节内部的形式。驱动电动机 安装在关节内部的形式称为直接驱动形式。
一、驱动方式
一、驱动方式
①滚动导轨按滚动体分为球、圆柱滚子和滚针。 ②滚动导轨按轨道分为圆轴式、平面式和滚道式。 ③滚动导轨按滚动体是否循环分为循环式和非循环式。 这些滚动导轨各有特点，装有滚珠的滚动导轨适用于 中小载荷和小摩擦的场合，装有滚柱的滚动导轨适用于重 载和高刚性的场合。受轻载滚柱的特性接近于线性弹簧， 呈硬弹簧特性；滚珠的特性接近于非线性弹簧，刚性要求 高时应施加一定的预紧力。
《机器人驱动系统》课件
四、控制技术
控制器
机器人控制器主要有单片机、PLC和DSP等，根据实际应用需要选择合适的控制器。
驱动器
各种电机类型对应着不同的驱动器，如直流电机用的是直流调速器等。
控制算法
控制算法主要有位置控制、速度控制和力控制等，根据控制目的选择合适的控制算法。
五、案例分享
机器人驱动系统在工业领域的应用
如今，机器人应用广泛，其驱动系统在各种生产线 上都有应用，提高了生产效率和质量。例如在汽车 制造业，机器人驱动系统常被应用于焊接、喷漆和 组装。
二、电机技术
直流电机
直流电机是一种比较常用的电机类型，广泛应用于 机器人领域，具有转速可控、结构小巧、稳定性好 等优点。
步进电机
步进电机较流行的是混合式步进电机，具有简单控 制、作业精度高、启动扭矩大等优点。但在高速运 转时可能会出现共振和震动问题。
伺服电机
伺服电机具有定位准确、重复定位精度高、速度可
机器人驱动系统
欢迎来到本节课的《机器人驱动系统》PPT课件。本次课程涵盖了机器人驱动 系统的基本知识，电机技术，传动技术，控制技术，案例分享等内容。
一、引言
机器人驱动系统的重要性
机器人的工作离不开稳定、可靠的驱动系统，其质量直接影响到机器人的工作效率与效果。
机器人驱动系统的基本组成
机器人驱动系统由电机技术、传动技术、控制技术三部分组成。
三、传动技术
1
齿轮传动
齿轮传动稳定可靠，传动效率较高，而且传动比例精确，广泛应用于机器人的转 动和提升系统中。
2
带传动
带传动具有单向传动、减震降噪等功能，广泛用于机器人的皮带传动、交叉输送 系统和柔性输送系统等。
3
轮式传动
《伺服电机知识培训》PPT课件
1。技术状况 （1）. 当前国内外交流伺服产品的水平 交流伺服系统的相关技术，一直随着用户的需求而不断发展。电动机、 驱动、传感和控制技术等关联技术的不断变化、造就了各种各样的配置。 就电动机而言，可以采用盘式电机、无铁芯电机、直线电机、外转子电机 等，驱动器可以采用各种功率电子元件，传感和反馈装置可以是不同精度、 性能的编码器、旋变和霍尔元件甚至是无传感器技术，控制技术从采用单 片机开始，一直到采用高性能DSP和各种可编程模块，以及现代控制理论的 实用化等等。从2005年11月在德国纽伦堡举办的SPS/IPC/Drives展览上可以 看到世界范围内电气驱动、运动控制和相关软件的最新情况，其中交流伺 服产品的亮点很多，代表了当前的国际水平。 2。 技术发展方向 现代交流伺服系统，经历了从模拟到数字化的转变，数字控制环已经无 处不在，比如换相、电流、速度和位置控制；采用新型功率半导体器件、 高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块(比如IR推出的伺服控制专用引擎)也 不足为奇。
分析当前国内用户的购买因素，占前三位的是稳定可靠性、价格和 服务。这也说明目前国内交流伺服市场还处在较低级的阶段，对性能 和功能的充分利用没有摆在重要位置。从长远来看，伺服厂商的关键 成功因素应该是产品的性价比、可靠性、技术含量、以及市场份额和 品牌影响力。
（2）. 国内市场品牌竞争状况 国内交流伺服市场当前品牌竞争情况和10多年前的变频器市场非常
度变化，而且转子速度等于定子速度，所以称“同步”。 （2）、交流异步电机：转子由感应线圈和材料构成。转动 后，定子产生旋转磁场，磁场切割定子的感应线圈，转子 线圈产生感应电流，进而转子产生感应磁场，感应磁场追 随定子旋转磁场的变化，但转子的磁场变化永远小于定子 的变化，一旦等于就没有变化的磁场切割转子的感应线圈， 转子线圈中也就没有了感应电流，转子磁场消失，转子失 速又与定子产生速度差又重新获得感应电流。所以在交流 异步电机里有个关键的参数是转差率就是转子与定子的速 度差的比率。 （3）、对应交流同步和异步电机，变频器就有相应的同步变 频器和异步变频器，伺服电机也有交流同步伺服和交流异 步伺服。当然变频器里交流异步变频常见，伺服则交流同 步伺服常见。 4、交流伺服电机与普通电机还有很多区别，可以参考一下 《电机学》方面的书籍；普通电机通常功率很大，尤其是 启动电流很大，伺服驱动器的电流容量不能满足要求。可 从电机的尺寸就知道原因了。
分析当前国内用户的购买因素，占前三位的是稳定可靠性、价格和 服务。这也说明目前国内交流伺服市场还处在较低级的阶段，对性能 和功能的充分利用没有摆在重要位置。从长远来看，伺服厂商的关键 成功因素应该是产品的性价比、可靠性、技术含量、以及市场份额和 品牌影响力。
（2）. 国内市场品牌竞争状况 国内交流伺服市场当前品牌竞争情况和10多年前的变频器市场非常
度变化，而且转子速度等于定子速度，所以称“同步”。 （2）、交流异步电机：转子由感应线圈和材料构成。转动 后，定子产生旋转磁场，磁场切割定子的感应线圈，转子 线圈产生感应电流，进而转子产生感应磁场，感应磁场追 随定子旋转磁场的变化，但转子的磁场变化永远小于定子 的变化，一旦等于就没有变化的磁场切割转子的感应线圈， 转子线圈中也就没有了感应电流，转子磁场消失，转子失 速又与定子产生速度差又重新获得感应电流。所以在交流 异步电机里有个关键的参数是转差率就是转子与定子的速 度差的比率。 （3）、对应交流同步和异步电机，变频器就有相应的同步变 频器和异步变频器，伺服电机也有交流同步伺服和交流异 步伺服。当然变频器里交流异步变频常见，伺服则交流同 步伺服常见。 4、交流伺服电机与普通电机还有很多区别，可以参考一下 《电机学》方面的书籍；普通电机通常功率很大，尤其是 启动电流很大，伺服驱动器的电流容量不能满足要求。可 从电机的尺寸就知道原因了。
《伺服机械传动系统》课件
控制装置
控制装置是伺服机械传动系统的核心部分，它根据输入的 信号和系统的反馈信号，通过控制算法计算出电机的输入 电压或电流，从而实现对系统的精确控制。
分类与组成
分类
根据应用场合和传动方式的不同，伺 服机械传动系统可分为滚珠丝杠、齿 轮齿条、同步带等类型。
组成
伺服机械传动系统主要由伺服电机、 传动机构、执行机构、控制装置等部 分组成。
特点
高精度、高速度、高稳定性、高 可靠性、易于实现自动化控制。
工作原理
伺服电机
伺服电机是一种能够实现精确控制的电动机，通过改变输 入的电压或电流，可以精确地控制电机的转速和转矩。
传动机构
传动机构是将伺服电机的动力传递到执行机构的中间环节 ，其作用是将电机的旋转运动转化为执行机构的直线运动 或旋转运动。
航空航天
飞机控制
伺服机械传动系统用于控 制飞机的起落架、襟翼等 关键部位，确保飞行的安 全和稳定。
卫星姿态调整
伺服机械传动系统用于调 整卫星的姿态，确保卫星 的正常运行和数据的准确 传输。
火箭推进器
伺服机械传动系统用于控 制火箭推进器的方向和角 度，确保火箭的精确发射 。
军事装备
坦克炮塔
伺服机械传动系统用于控制坦克炮塔 的旋转和俯仰，提高坦克的射击精度 和速度。
导弹制导
潜艇导航
伺服机械传动系统用于潜艇的导航和 控制，实现潜艇在水下的隐蔽和精准 航行。
伺服机械传动系统用于导弹的制导和 控制，确保导弹能够准确命中目标。
交通运
地铁门控制
伺服机械传动系统用于控制地铁 车门的开闭，确保地铁运行的安
全和便捷。
高速列车制动
伺服机械传动系统用于高速列车的 制动系统，实现列车的高速稳定制 动。
控制装置是伺服机械传动系统的核心部分，它根据输入的 信号和系统的反馈信号，通过控制算法计算出电机的输入 电压或电流，从而实现对系统的精确控制。
分类与组成
分类
根据应用场合和传动方式的不同，伺 服机械传动系统可分为滚珠丝杠、齿 轮齿条、同步带等类型。
组成
伺服机械传动系统主要由伺服电机、 传动机构、执行机构、控制装置等部 分组成。
特点
高精度、高速度、高稳定性、高 可靠性、易于实现自动化控制。
工作原理
伺服电机
伺服电机是一种能够实现精确控制的电动机，通过改变输 入的电压或电流，可以精确地控制电机的转速和转矩。
传动机构
传动机构是将伺服电机的动力传递到执行机构的中间环节 ，其作用是将电机的旋转运动转化为执行机构的直线运动 或旋转运动。
航空航天
飞机控制
伺服机械传动系统用于控 制飞机的起落架、襟翼等 关键部位，确保飞行的安 全和稳定。
卫星姿态调整
伺服机械传动系统用于调 整卫星的姿态，确保卫星 的正常运行和数据的准确 传输。
火箭推进器
伺服机械传动系统用于控 制火箭推进器的方向和角 度，确保火箭的精确发射 。
军事装备
坦克炮塔
伺服机械传动系统用于控制坦克炮塔 的旋转和俯仰，提高坦克的射击精度 和速度。
导弹制导
潜艇导航
伺服机械传动系统用于潜艇的导航和 控制，实现潜艇在水下的隐蔽和精准 航行。
伺服机械传动系统用于导弹的制导和 控制，确保导弹能够准确命中目标。
交通运
地铁门控制
伺服机械传动系统用于控制地铁 车门的开闭，确保地铁运行的安
全和便捷。
高速列车制动
伺服机械传动系统用于高速列车的 制动系统，实现列车的高速稳定制 动。
伺服电机技术及其应用 ppt课件
NASA起初预计这两个机器人只能工作三个月，但五年过去了， 这六轮的车辆还在继续绕火星旅行，并一直在向地球回传激动 人心的数据。
可清晰看见的碳刷
3
ppt课件
一、伺服电机的起源及分类
1.2 无刷直流伺服电机：顾名思义没有碳刷装置。 无刷直流伺服电机去掉了碳刷装置，使用电子换向，实现了电 机免维护，电磁干扰小。寿命更长。 我们的神五神六上面用的都是无刷直流伺服电机。原因并不是
14
ppt课件
九、永磁同步伺服电机的快速发展
进入本世纪以来，永磁同步电机在中国获得了飞速发展，包括电梯电机、
工业控制电机、节能高效电机等广泛领域。产品形式包括高速、低速大扭矩
（DDR）各种范围。
不论是高速、低速（DDR）永磁同步电机的快速发展，都有共同的原因是基
于以下三个因素：
1. 永磁同步电机设计技术及工艺的快速发展
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十二、永磁同步交流伺服电机的应用-抽油机
直驱塔式抽油机 1.直接驱动，去掉减速环节， 可靠性高。 2.旋转电机设计，电机除需定 期补充润滑脂外，无需其他 维护。 3.系统效率高，节能显著。 4.良好的系统可调节性。
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十三、永磁同步交流伺服电机的应用-顶驱钻机
控制房
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我们通常所说的交流伺服电机，一般就是指永磁同步伺服电机。 在伺服电机的应用领域里，永磁同步伺服系统已经逐渐取代直 流伺服系统
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二、武汉直驱机电-产品说明
特别需要说明的是，对于我们的产品，无须过分强调伺服
1.应用与伺服电机是有差异的 伺服电机强调精确的位置控制、速度控制、转矩控制。即强调伺服 特性。 从我们目前的产品及今后可看到的市场应用，均不强调伺服特性， 是以提供驱动动力为主，关注效率、节能、可靠性、体积、重量等 要素。 2.伺服电机产业的弊病 伺服电机集中于传统高端应用，市场很狭小。而且早已被很多传统 厂家所瓜分。国内“专门”做伺服电机的，没有一个能成长为大公 司，产值能做到几千万就很不错了，而且国内的伺服电机产品，从 来都是低端产品的代名词。
可清晰看见的碳刷
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一、伺服电机的起源及分类
1.2 无刷直流伺服电机：顾名思义没有碳刷装置。 无刷直流伺服电机去掉了碳刷装置，使用电子换向，实现了电 机免维护，电磁干扰小。寿命更长。 我们的神五神六上面用的都是无刷直流伺服电机。原因并不是
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九、永磁同步伺服电机的快速发展
进入本世纪以来，永磁同步电机在中国获得了飞速发展，包括电梯电机、
工业控制电机、节能高效电机等广泛领域。产品形式包括高速、低速大扭矩
（DDR）各种范围。
不论是高速、低速（DDR）永磁同步电机的快速发展，都有共同的原因是基
于以下三个因素：
1. 永磁同步电机设计技术及工艺的快速发展
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十二、永磁同步交流伺服电机的应用-抽油机
直驱塔式抽油机 1.直接驱动，去掉减速环节， 可靠性高。 2.旋转电机设计，电机除需定 期补充润滑脂外，无需其他 维护。 3.系统效率高，节能显著。 4.良好的系统可调节性。
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十三、永磁同步交流伺服电机的应用-顶驱钻机
控制房
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我们通常所说的交流伺服电机，一般就是指永磁同步伺服电机。 在伺服电机的应用领域里，永磁同步伺服系统已经逐渐取代直 流伺服系统
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二、武汉直驱机电-产品说明
特别需要说明的是，对于我们的产品，无须过分强调伺服
1.应用与伺服电机是有差异的 伺服电机强调精确的位置控制、速度控制、转矩控制。即强调伺服 特性。 从我们目前的产品及今后可看到的市场应用，均不强调伺服特性， 是以提供驱动动力为主，关注效率、节能、可靠性、体积、重量等 要素。 2.伺服电机产业的弊病 伺服电机集中于传统高端应用，市场很狭小。而且早已被很多传统 厂家所瓜分。国内“专门”做伺服电机的，没有一个能成长为大公 司，产值能做到几千万就很不错了，而且国内的伺服电机产品，从 来都是低端产品的代名词。
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K f if
式中：K f
——常数，
if
为磁场励磁电流
由电动机产生的转矩 TM 正比于电枢电流 和气隙磁通的乘积，即
TM K1K f i f ia
式中： K1 ——常数
ia 是电枢电流
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实例：直流伺服系统
在电枢控制的直流电动机中，励磁电 流为常数，故上式可写成：
原 理 U f 图
Uf
Ea
等 Ea 效 图
电磁转矩：
感应电势与转速关系
Tm KT I a
Ea KE n
a
（ 一定）
电枢电压平衡方程式： U
Ea I a Ra
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三、直流伺服电机的调速原理与方法 由上述关系式可得：
Ua Ra n T 2 m K E K E KT Ra n0 T 2 m K E KT
I a ( s)
KT
TM (s)
1 s( Js B)
0 (s)
Kb (s)
直流伺服电机的系统方框图
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7.3 直流伺服电机及其速度控制 三、直流伺服电机的调速原理与方法
If
If
Ia M
主要内容
Ia M Ua Ua
Ra LaRa La Ua
Ua
N
n
01
n n n
N
U aN U a1 U a2 U aN>U a1 > U a2
02
1
2
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O
T
N
T
调磁调速
调节磁通不但改变了电机的理想转速，而且 使直流电机机械特性变软。
主要内容
n Δn
N
n n n
02
Φ2 Φ1 ΦN n n n
2 1
U aN U a1 U a2 U aN>U a1 > U a2
N
01
0N
N
ΦN>Φ1>Φ2 O TN T
T
T
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四、直流伺服电机速度控制
调速的概念有两个方面的含义:
主要内容
1)改变电机转速：当给定速度变化时, 电机的速度随之变化,并希望以最快的加 减速达到新的给定速度值；
2)当给定速度不变化时,电机的速度 保持稳定不变。
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实例：直流伺服系统
当负载转矩 TN (s) 0 其传递函数是:
0 ( s ) KT G( s) Ei ( s) s[( La s Ra )( Js B) KT Kb
TN (s)
Ei ( s)
Eb (s)
1 La s Ra
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电枢电阻调速
电枢电阻调速很少采用，缺点： 不经济：要得到低速，R很大，则消耗大量电能； 低速，特性很软，运转稳定性很差；调节平滑性差， 操作费力。 n主要内容 n0 R0 R1 R2 T
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调压调速
d 20 d0 J 2 B TM TN dt dt
4.电动机的反电动势正比于速度
d 0 eb K b dt
Kb
——反电动势常数
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实例：直流伺服系统
系统因果方程拉氏变换为:
( La s Ra ) I a ( s ) Ei ( s ) Eb ( s ) TM ( s ) KT I a ( s ) ( Js 2 Bs ) 0 ( s ) TN ( s ) Eb ( s ) K b s 0 ( s )
二. 机械系统的转矩平衡方程
d Te T2 T0 J dt
J ---- 转子惯量
Te
——电磁转矩 ——负载转矩
T2
T0
如果电动机以恒 角速度转动，则 ：
——空载损耗转矩
பைடு நூலகம்
d J 0 dt
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电磁转矩TM
伺服电机在磁化曲线的线性范围内使用， 因而气隙磁通 正比于励磁电流，即：
第五章
机器人关节伺服驱动技术
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5.1 直流电机伺服系统
一、直流电机原理
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直流电机的励磁方式
电枢：产生电磁力的部件，如直流电机的 转子。 励磁：由电流激励出磁场的过程叫做励磁。
他励
并励
串励
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直流电机的基本调速方式有三种: 1、调节电阻Ra、 2、调节电枢电压Ua 3、调节磁通Φ 的值。
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转速与转矩的关系n=f(T)称机械特性
n n0
n
T
T
电机转速与理想转速的差 Δ n ，反 映了电机机械特性硬度， Δ n 越小（转 矩对转速变化的影响程度越小），机械 特性越硬。
直流电机的基本方程式
1. 电气系统的电动平衡方程（并励）
感应电动势
U a 电枢电压
dia ua Gaf i f Ra ia La dt di f u f Rf if Lf dt ua u f u
I
Ia
电枢电流
M
If
励磁电流
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调节电枢电压时，直流电机机械特性为一组平行 线，只改变电机的理想转速n0 ，保持了原有较硬的 主要内容 机械特性，所以调压调速主要用于伺服进给驱动系统 电机的调速
n
如果Δ n值较大，不可 能实现宽范围的调速。 n
永磁式直流伺服电机 n 的Δ n值较小，因此， 进给系统常采用永磁式 直流电机。
Δn
0N
TM KT ia
式中：KT ——电动机的转矩常数
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实例：直流伺服系统
由控制输入电压 ei (t ) 开始，系统的因果方 程为: dia Ra ia ei eb 1.电枢电压方程： La dt TM KT ia 2.电动机转矩
3.转矩平衡方程
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直流伺服电机速度控制单元的作用： 将转速指令信号转换成电枢的电压值，达到 主要内容 速度调节的目的。 直流电机速度控制单元常采用的调速方法： 1.晶闸管（可控硅）调速系统 2、晶体管线性放大器调速系统 3、晶体管开关放大器---脉宽调制（PWM Pulse Width Modulated）调速系统。