直流伺服电机的基本特性
《直流伺服电机》PPT课件
图1-11 印制绕组直流伺服电动机 l-后轭铁(端盖)；2-永久磁钢；3-电刷；4-印制绕组；5-机壳；6-前轭铁(端盖)
转子呈薄片圆盘状，厚度一般为(1.5~2) mm，转子的绝缘基片是环氧玻璃 布胶板。胶合在基片两侧的铜箔用印刷电路制成双面电枢绕组，电枢导体还 兼作换向片。定子由永久磁钢和前后盘状轭铁组成，轭铁兼作前后端盖。组 成多极的磁钢胶合在轭铁一侧，在电机中形成轴向的平面气隙。
3.1.1概述
3. 控制系统对伺服电动机的根本要求
宽广的调速范围 机械特性和调节特性均为线性 无“自转〞现象 快速响应。
此外，还要求伺服电动机的控制功率小、重量轻、 体积小等。
3.1.2直流伺服电动机的控制方式和运行特性
控制方式
由
nUa IaRa
Ce
可知，改变电枢电压和改变励磁磁通都可以改变电动机的
构造 杯形电枢绕组是用导线绕在
绕线模上，然后用环氧树脂 定形做成的。杯形转子内外 两侧有内外定子构成磁路。 由于转子内外侧都需要有足 够的气隙，所以气隙大，磁 阻大，磁动势利用率低。
图1-10 杯形转子直流伺服电动机 l-内磁轭；2-电枢绕组；3-永久磁钢；
4-机壳(磁轭)；5-电刷；6-换向器
1.4.2 低惯量直流伺服电动机
1.4.1 直流力矩电动机
为什么做成圆盘状？
由 E a 6 p a 0 n N 6 a ( p 0 ) n 和 N T e 2 p a I a N 2 I a a ( p ) 可 N 知
在电枢电动势Ea Ua
、每极磁通
和导体电流ia
Ia 2a
一样的条件
下，增加导体数N和极对数p，能使转速n降低，电磁转矩Te增大。
由 nC U e a CT eC sR t ，a 2当n=0时，便可求得 Ua Ua0CRt a Ts
伺服电机_百度百科
⑸同功率下有较小的体积和重量。
自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为摪胧只瘮或抟旌鲜綌、撊只瘮理 历史 生活 社会 艺术 人物 经济 科学 体育 核心用户 NBA
伺服电机科技名词定义
中文名称：伺服电机 英文名称：servo motor
定义：转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压
以生产机床数控装置而著名的日本法那克（Fanuc）公司，在20世纪80年代中期也推出了S系列（13个规格）和L系列（5个规格）的永磁交流伺服电动机。L系列有较小的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。
日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、大隈铁工所(BL系列）、三洋电气（BL系列）、立石电机（S系列）等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。
六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24％降低到7％，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。
直流伺服电机实验报告_3
直流电机的特性测试一、实验要求在实验台上测试直流电机机械特性、工作特性、调速特性（空载）和动态特性, 其中测试机械特性时分别测试电压、电流、转速和扭矩四个参数, 根据测试结果拟合转速—转矩特性（机械特性）, 并以X轴为电流, 拟合电流—电压特性、电流—转速特性、电流—转矩特性, 绘制电机输入功率、输出功率和效率曲线, 即绘制电机综合特性曲线。
然后在空载情况下测试电机的调速特性, 即最低稳定转速和额定电压下的最高转速, 即调速特性；最后测试不同负载和不同转速阶跃下电机的动态特性。
二、实验原理图三、实验操作步骤1.测量直流电机的机械特性和动态特性①首先将负载旋钮逆时针拧至最小, 然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压和电枢电流信号引出, 分别接至计算机的采集数据端口上, 打开计算机中的测试软件, 进入测试界面, 设定每个通道的测量范围。
②系统上电。
③用计算机给定电机的电枢电压信号, 逐渐增加负载（顺时针转动负载旋钮）, 选择记录下此过程中的20组数据, 每组数据包括测量电枢电压、测量电枢电流、电机转速和电磁转矩值。
④计算机停止给定电机的电枢电压信号, 系统电源关闭。
2.测量直流电机的调速特性本实验要求测量的是空载下的调速特性, 测量额定电压下的最高转速和最低稳定转速。
步骤如下:①首先将负载旋钮逆时针拧至最小, 然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压信号引出, 接至计算机的采集数据端口上, 打开计算机中的测试软件, 进入测试界面, 设定通道的测量范围。
②利用式（1-7）计算电机额定电压（3V）对应的测量电压值, 为5.16V。
电机实际电压=（前面板测量电压-0.76）*2.75-0.1③系统上电。
④不断改变计算机输出的电机电压信号, 直至测量电压信号的值为5.16V。
记录下此时的转速值, 即为额定电压下的最高稳定转速。
⑤不断减小计算机输出地电机电压信号, 观察转速逐渐减小和稳定的情况, 记录下最低稳定转速值。
伺服电机 基础知识
伺服电机基础知识
伺服电机是一种能够将输入的脉冲信号转换为相应的角位移或线性位移的装置，具有快速响应、精确控制和稳定性高等特点。
以下是伺服电机的基础知识：
1. 工作原理：伺服电机内部通常包括一个电机（如直流或交流电机）和一个编码器。
当输入一个脉冲信号时，电机会产生一定的角位移或线性位移，同时编码器会反馈电机的实际位置。
驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整电机转动的角度或距离，以达到精确控制的目的。
2. 分类：伺服电机主要分为直流伺服电机和交流伺服电机两大类。
此外，根据有无刷之分，直流伺服电机又可以分为有刷伺服电机和无刷伺服电机。
3. 特点：
精确控制：伺服电机能够精确地跟踪和定位目标值，实现高精度的位置和速度控制。
快速响应：伺服电机具有快速的动态响应，能够在短时间内达到设定速度并快速停止。
稳定性高：伺服电机具有较高的稳定性，能够连续工作而不会出现较大的误差。
噪声低：交流伺服电机通常采用无刷设计，运行时噪声较低。
维护方便：伺服电机的结构和维护都比较简单，便于使用和维护。
4. 应用领域：伺服电机广泛应用于各种需要精确控制和快速响应的场合，如数控机床、包装机械、纺织机械、机器人等领域。
5. 选型原则：在选择伺服电机时，需要考虑电机的规格、尺寸、转速、负载等参数，以及实际应用场景和工作环境等因素。
6. 日常维护：为了保持伺服电机的良好性能和使用寿命，需要定期进行清洁和维护，如检查电机表面是否有灰尘、油污等，检查电机的接线是否牢固等。
以上是关于伺服电机的基础知识，如需了解更多信息，建议咨询专业人士。
伺服电机的设计和特性
伺服电机的设计和特性伺服电机是一种特殊的电机，能够通过给定的输入信号产生精确的输出运动。
它的设计和特性使其在工业自动化和机器人应用领域得到广泛应用。
本文将详细介绍伺服电机的设计原理和特性。
伺服电机的设计原理是基于反馈控制系统。
它由电机体、传感器和控制器组成。
电机体负责将电能转换为机械能，传感器用于监测输出位置或速度，并将反馈信号发送给控制器，控制器根据反馈信号调整电机的输入信号，从而实现精确的运动控制。
传统的伺服电机采用了减速装置，用于减小电机输出速度并提高输出扭矩。
但这样会引入一些机械误差和振动。
现代伺服电机通常采用无刷直流电机，它们具有高效率、高加速度和低惯性的特点，可以更好地满足高速、高精度的运动需求。
1.高精度：伺服电机能够实现微小的位置调整，通常精确度可达到亚毫米级别。
这使得它们在需要高精度定位和重复性的应用中得到广泛应用，如数控机床、印刷机和纺织机械等。
2.高响应性：伺服电机具有快速的加速和制动能力，可以在极短的时间内达到设定速度，从而提高生产效率。
另外，它们还具有低惯性，转动惯量小，在瞬态过程中响应灵敏。
3.广泛的运动范围：伺服电机可以实现持续的旋转运动，也可以进行线性运动。
根据不同的应用需求，可以选择不同类型的伺服电机，如步进伺服电机、直线伺服电机和旋转伺服电机等。
4.高可靠性和稳定性：伺服电机采用反馈控制系统，可以实时监测运动状态，并根据反馈信号调整控制参数，从而实现稳定的运动控制。
同时，它们还具有过载保护和自动诊断功能，能够在故障发生时进行保护和报警。
5.易于集成和控制：伺服电机通常具有标准化接口和通信协议，可以与各种控制系统和设备进行无缝集成。
此外，现代伺服电机还具有多轴控制和网络通信功能，可以实现复杂的多轴协同控制。
总结起来，伺服电机是一种高精度、高响应、可靠稳定的运动控制装置。
其设计原理基于反馈控制系统，通过传感器和控制器的协同工作，实现了精确的运动控制。
伺服电机的广泛应用领域包括机器人、自动化设备、精密机械和印刷等。
伺服电机的特点特性
伺服电机的特点特性引言伺服电机是一种能够精确控制位置、速度和加速度的电机。
它在工业自动化、机器人技术等领域得到广泛应用。
本文将介绍伺服电机的特点和特性，包括精确控制、高响应性和可靠性等方面。
精确控制伺服电机具有精确控制的特点，它可以根据输入的控制信号准确地控制输出的位置或速度。
这是由于伺服电机内置的位置反馈装置，通常是编码器或霍尔传感器。
位置反馈装置可以实时测量电机转子的角度或位置，并将其反馈给控制器。
控制器根据反馈信号进行闭环控制，不断调整输出信号，以使电机保持在所需的位置或速度。
因此，伺服电机可以达到较高的位置和速度精度，通常在几个微米或毫米的范围内。
高响应性伺服电机具有高响应性，它可以迅速响应控制信号的变化。
这是由于伺服电机的控制系统具有快速反应的特性。
一般来说，伺服电机的响应时间在几毫秒到几十毫秒之间，比普通的直流电机更为迅速。
这种高响应性使伺服电机非常适合需要快速准确定位或快速变速的应用。
例如，在机器人技术中，伺服电机通常用于控制机械手臂的运动，可以快速精确地抓取、放置物体，实现高效的生产任务。
可靠性伺服电机具有较高的可靠性，这是因为它通常有较长的使用寿命，能够在恶劣的工作环境下正常运行。
伺服电机的内部结构相对复杂，采用先进的设计和制造技术，以确保其稳定可靠的运行。
此外，伺服电机通常具有良好的过载能力和热保护功能，可以在过载或过热等异常情况下自动停止工作，以保护电机和其他设备的安全。
可编程性伺服电机通常可以通过编程来实现不同的运动控制模式和功能。
现代伺服电机常采用数字化控制技术，具有高度的可编程性。
它可以通过连接到计算机或控制器，并使用特定的驱动软件来进行编程和控制。
通过编程，可以实现各种复杂的运动控制和功能，如位置模式、速度模式、力控制等。
这种可编程性使伺服电机非常灵活和适应不同的应用需求。
结论伺服电机具有精确控制、高响应性、可靠性和可编程性等特点特性。
这些特点使伺服电机成为工业自动化和机器人技术等领域中不可或缺的关键组成部分。
第6章 直流伺服电动机
第6章 直流伺服电动机
根据转矩平衡方程式，当负载转矩不变时，电磁
转矩T=CTΦIa不变；又If不变，Φ不变，所以电枢电流Ia 也不变。再由电动机电压平衡方程式Ea=Ua-IaRa可以看
出，由于IaRa不变，感应电势Ea将随Ua的降低而减小；
又Φ不变，故转速要相应减小。若电压改变后的感应电 势、转速、 电流用Ea′、n′、Ia′表示，则Ua′=55 V时的
第6章 直流伺服电动机
第6章 直流伺服电动机
1 直流电动机的工作原理 2 电磁转矩和转矩平衡方程式
3 直流电动机的反电势和电压平衡方程式
4 直流电动机的使用 5 直流伺服电动机及其控制方法 6 直流伺服电动机的稳态特性
第6章 直流伺服电动机
7 直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态 8 直流伺服电动机的过渡过程
的方向一致时， 数值为正； 反之， 数值为负。
第6章 直流伺服电动机
由于现在主要研究电机的工作状态， 为了分析简 便， 可先不考虑放大器的内阻， 这时电枢回路的电压 平衡方程式为 Ua1 =Ea1 +Ia1 Ra 式中, Ua1 >Ea1 。
第6章 直流伺服电动机
负载为常数时的调节特性
仍以直流电动机带动天线旋转为例来说明电动机的 调节特性。 在不刮风或风力很小时， 电动机的负载转矩主要是 动摩擦转矩TL加上电机本身的阻转矩T0。 在转速比较低的条件下， 可以认为
动摩擦转矩和转速无关，是不变的。 因此， 总阻转矩Ts 是一个常数。
负载转动惯量的影响当电机在系统中带动负载时其转动惯量应该包括负载通过传动比折合到电动机轴上的转动惯量j放大器内阻的影响当电机是由直流放大器提供控制信号时如同在分析放大器内阻对机械特性的影响一样这时电枢回路的电阻中应包括放大器的内阻r即总的电枢回路电阻为r这样一来电机机电时间常数表示式32可以看出负载惯量越大或放大器内阻越大则机电时间常数亦越大过渡过程的时间就越长
直流伺服电机的静态特性
直流伺服电机的静态特性磁场的影响，认为电机的每极气隙磁通中将保持恒定。
（1）机械特性直流伺服电机的机械特性是指当电源电压U=常值、气隙每极磁通量①=常值时，电机的转速n和电磁转矩T e之间的关系曲线，即n=f（T e）。
在直流伺服电机的诸多特性中，机械特性是最重要的特性。
它是选用直流伺服电机的依据。
直流伺服电机的机械特性方程与直流电机的机械特性方程基本相同，即式中，U a为电枢电压；R a为电枢回路总电阻；n为转速；①为每极磁通；C e为电动势常数；C T为转矩常数；T e为电磁转矩;因为直流伺服电机的机械特性方程为一直线方程，所以其机械特性为一条直线，如图2-13所示。
显然，只要找到直线上的两个点，便可绘制出该机械特性的直线。
图2-13直流伺服电机的机械特性从图2-13中可以看出，直流伺服电机的机械特性是线性的，该机械特性曲线上有两个特殊点，现分述如下。
①理想空载点（0，n0）。
由直流伺服电机的机械特性曲线和机械特性方程可知，n0是机械特性曲线与纵轴的交点，即电磁转矩T e=0时的转速，即在实际的电机中，当电机轴上不带负载时，因为它本身有空载损耗所引起的空载阻转矩。
因此，即使空载（即负载转矩T L=0）时，电机的电磁转矩也不为零，只有在理想条件下，即电机本身没有空载损耗时，才可能有T e=0,所以对应于T e=0时的转速n0称为理想空载转速。
②堵转点（T k，0）。
由直流伺服电机的机械特性曲线和机械特性方程可知，T k是机械特性曲线与横轴轴的交点，即电机的转速n=0时的电磁转矩，即式中，T k为电机处在堵转状态时所产生的电磁转矩。
称为直流电机机械特性的斜率。
k前面的负号表示直线是下倾的。
k的大小可用A n/A T表示，如图2-13所示。
因此k的大小表示电机电磁转矩变化所引起的转速变化程度。
斜率k大，则对应于同样的转矩变化，转速变化大，这时电机的机械特性软。
反之斜率k小，则对应于同样的转矩变化，转速变化小，这时电机的机械特性硬。
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。
控制电机 第一章 直流伺服电机 1 原理与运行特性
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
斜率k1：
k1 1 C e
是由电机本身参数决定的常数，与负载无关。
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
（2）总阻转矩对调节特性的影响
总阻转矩Ts变化时，Ua0∝Ts ，斜率k1保持不变。
因此对应于不同的总阻转矩Ts1 、 Ts2 、Ts3 、… ，可以 得到一组相互平行的调节特性。
n
Ua0 k1 –
–
始动电压 特性斜率
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
（1） Ua0和k1的物理意义
始动电压Ua0 ：电动机处在待动而又未动临界状态时的电压。 Ua Ts Ra 由 n ，当n=0时，便可求得： 2 C e C e C t Ra U a U a0 Ts C t 由于Ua0∝Ts ，即负载转矩越大，Ua0越高。 控制电压从0到Ua0范围内，电机不转动，称为电动机的死区。
1.1 伺服电动机概述
自动控制系统对伺服电动机的基本要求： (1) 宽广的调速范围。伺服电动机的转速随着控制电 压的改变能在宽广的范围内连续调节。 (2) 机械特性和调节特性均为线性。线性的机械特性 和调节特性有利于提高自动控制系统的动态精度。 机械特性：控制电压一定时，转速随转矩的变 化关系； 调节特性：电动机转矩一定时，转速随控制电 压的变化关系。 (3) 无“自转”现象。伺服电动机在控制电压为零时 能立自行停转。 (4) 快速响应。电动机的机电时间常数要小，相应地 伺服电动机要有较大的培转转矩和较小的转动惯量。 这样，电动机的转速便能随着控制电压的改变而迅 速变化。
第1章 直流伺服电动机
1.1 伺服电动机概述 1.2 直流伺服电动机的原理 1.3 直流伺服电动机运行特性 1.4 直流伺服电动机的控制方式 1.5 直流伺服电动机的动态特性与特种电机 1.6 直流伺服电动机的PWM控制 1.7 直流伺服电动机的应用
伺服电机
1 永磁式直流伺服电机在一个运动控制系统中，电机主要的功能在于提供旋转所需要的扭矩，以便加速旋转而达到所需的转速，但来自于电机本身与负载的一些物理特性却会限制其加速能力，例如电机本身的转子惯量、负载的惯量、磨擦力、温升的限制等等。
电机产生扭矩的大小主要决定于交互作用磁场的大小，而线圈电流则决定了所产生磁场的强度，因此控制流经电机的线圈电流即为控制电机所产生扭矩的主要关键。
线圈电阻(winding resistance)所产生的I2R损失会造成电机温度的升高，因而限制了线圈电流的额定值。
电机旋转时会产生反抗电动势，限制电流的上升，功率放大器的输出电压与电流亦有其额定值与峰值的限制，因此对电机的加速能力、最高转速与额定输出扭矩也就造成了限制。
同时对永磁式直流电机而言，由于去磁效应的考虑也须限制流经电机的电流。
图2 永磁式直流电机电枢线圈的等效电路图图2为一永磁式直流伺服电机电枢线圈(armature winding)的等效电路模型，其中反电势(back emf) v emf是由永久磁铁所产生的磁场与电枢线圈两者相对运动所产生的感应电压，大小与转速成正比：(6)其中 为角速度，K E为反电势常数。
由图9可知电枢线圈的基本方程式为：(7)i a为电枢电流。
永磁式直流伺服电机的电枢电流因为换向器(commutator)的设计使得电枢线圈所形成的磁场能与定子磁铁所形成的磁场保持垂直的关系而产生最大的扭矩，其扭矩方程式(torque equation)为：(8)其中T e为电机所产生的扭矩，K T为扭矩常数。
值得注意的是在MKS制时，。
当施以一直流电压于电机，在稳态时，因电流趋于定值，而可将(7)式简化为(9)图3 电机与负载的机械等效电路图大写字母表示其稳态的直流成份。
通常电机的电气时间常数(electrical time constant) τe= L a/R a远小于其机械时间常数 (mechanical time constant) τm，因此在分析其稳态额定状况时常加以忽略。
直流伺服电动机的技术参数与特性参数,直流伺服电动机的特点特性及种类
直流伺服电动机的技术参数与特性参数，直流伺服电动机的特点特性及种类导语：直流伺服电动机是自动控制系统中具有特殊用途的直流电动机，又称执行电机，它能够把输入的电压信号变换成轴上的角位移和角速度等机械信号。
直流伺服电动机是自动控制系统中具有特殊用途的直流电动机，又称执行电机，它能够把输入的电压信号变换成轴上的角位移和角速度等机械信号。
直流伺服电动机的工作原理、基本结构及内部电磁关系与一般用途的直流电动机相同。
直流伺服电动机的控制电源为直流电压，分普通直流伺服电动机、盘形电枢直流伺服电机、空心杯直流伺服电机和无槽直流伺服电机等。
普通直流伺服电动机有永磁式和电磁式两种基本结构类型。
电磁式又分为他励、并励、串励和复励四种，永磁式可看作是他励式。
特点：转子直径较小、轴向尺寸大；转动惯量小，因此响应时间快。
但额定扭矩较小，一般必须与齿轮降速装置相匹配。
用于高速轻载的小型数控机床中。
1、直流伺服电动机的基本结构图为直流伺服电动机的结构，主要包括定子、转子、电刷与换向片三个部分2.直流伺服电动机的分类（1）根据电动机本身结构的不同，可分为以下几类：改进型直流伺服电动机转子的转动惯量较小，过载能力较强，且具有较好的换向性能。
小惯量直流电动机最大限度地减少了转子的转动惯量，能获得最好的快速特性。
永磁直流伺服电动机能在较大过载转矩下长期地工作，转动惯量较大，无励磁回路损耗，可在低速下运转。
无刷直流电动机由同步电动机和逆变器组成，而逆变器是由装在转子上的转子位置传感器控制。
（2）根据直流电动机对励磁绕组的励磁方式不同，可分为他励式、并励式、串励式和复励式四种。
直流伺服电动机的特点种类直流伺服电动机的结构和一般直流电动机一样，只是为了减小转动惯量而做得细长一些。
它的励磁绕组和电枢分别由两个独立电源供电。
也有永磁式的，即磁极是永久磁铁。
通常采用电枢控制，就是励磁电压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，其接线图如下图所示。
直流伺服电机
2.宽调速直流伺服电机
1、结构
2.宽调速直流伺服电机
1、特点（5）
(1)高转矩 （3）动态响应好 （5）易于调试
（2）过载能力强
（4）调速范围宽，运行平稳
直流伺服电机
什么叫伺服电动机？
在伺服机构的末端，根据输入 信号来操纵或驱动负载机械的动力元件 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。
直流伺服电机
直流伺服电动机的分类
1、按结构分：永磁式和电磁式
2、 按 励 磁 分
直流伺服电机
目的：
1、了解伺服电机的结构与原理；
2、掌握直流伺服电机的特点。
内容：
一、小惯量直流伺服电机；
二、宽调速直流伺服电机。
直流伺服电机
直流电机因调速方便，较硬机械持性，所以 数控伺服系统中早有使用，但由于数控机床的特 殊要求，如：高位移精度，宽调速范围，带负载 能力强，运动稳定等，一般的直流电机不能满足 要求。因为，一般直流电机的转动惯量过大，而 其输出力矩则相对地过小，这样它的动态特性就 比较差，尤其是在低速运转条件下，这个缺点就 更为突出。因此，目前在进给伺服系统中使用的 都是近年发展起来的大功率直流伺服电机。
组或电枢绕组的接线端对调就可改变转向。
1.小惯量直流伺服电机
七、直流伺服电机驱动器
1.小惯量直流伺服电机
七、直流伺服电机驱动器
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.
驱动器的型号为：DA0D020DT64S00。
1.小惯量直流伺服电机
伺服系统的分类和特点
伺服系统的分类和特点一、引言伺服系统，作为现代工业自动化的重要组成部分，其性能和特点在很大程度上决定了整个系统的性能和稳定性。
伺服系统能够根据输入的指令信号，自动、快速、准确地控制执行机构的位移、速度和加速度，实现对目标值的精确跟踪。
本文将对伺服系统的分类和特点进行详细的阐述，以便更好地理解和应用伺服系统。
二、伺服系统的分类伺服系统可以根据工作原理和应用领域进行分类。
1.根据工作原理分类根据工作原理，伺服系统可以分为电气伺服系统和液压伺服系统两大类。
其中，电气伺服系统又可以分为直流伺服系统和交流伺服系统。
（1）直流伺服系统：直流伺服电机由定子、转子、电刷和换向器等部分组成。
其工作原理是当电流通过励磁绕组和电枢绕组时，产生磁场，驱动转子旋转。
直流伺服电机具有调速范围广、低速性能好、响应速度快等优点，但同时也存在维护成本高、易磨损等缺点。
（2）交流伺服系统：交流伺服电机由定子、转子和编码器等部分组成。
其工作原理是通过控制电机的输入电压或电流，改变电机的旋转速度和方向。
交流伺服电机具有效率高、可靠性高、维护成本低等优点，但同时也存在调速范围较窄、低速性能较差等缺点。
2.根据应用领域分类根据应用领域，伺服系统可以分为工业伺服系统和航空伺服系统两大类。
（1）工业伺服系统：工业伺服系统主要用于工业自动化生产线、数控机床、包装机械等领域。
其特点是要求精度高、稳定性好、可靠性高、响应速度快等。
常见的工业伺服系统有电机驱动控制系统、气压传动控制系统和液压传动控制系统等。
（2）航空伺服系统：航空伺服系统主要用于航空器自动驾驶系统、雷达天线控制系统等领域。
其特点是要求精度高、可靠性极高、响应速度快、抗干扰能力强等。
常见的航空伺服系统有舵机控制系统、燃油控制系统等。
三、伺服系统的特点1.精度高：伺服系统的输出量能够精确地跟踪输入指令信号，从而实现高精度的位置控制和速度控制。
2.快速响应：伺服系统具有快速的动态响应特性，能够迅速跟踪输入信号的变化，保证系统的稳定性和动态性能。
永磁直流伺服电机的工作特性曲线
则为波动很小的直流电压（平均电压）。 脉宽的变化使电机电枢的直流电压随着变化。
§6.4 直流伺服电机 （五） 直流进给运动的速度控制（2）PWM调速系统
直流脉宽调调制的基本原理
U 脉宽
脉宽
脉宽 脉宽
周期不变 周期不变
平均直流电压 ωt
脉冲宽度正比代表速度F值的直流电压
§6.4 直流伺服电机 （五） 直流进给运动的速度控制（2）PWM调速系统
Ub1
T1
D1
D3
Ub3
T3
（GTR）T 1 、T 2 、T 3 、T4
及四个续流二极管组成的桥
A
M
B
式电路。
H型： 又分为
双极式、单极
Ub1 Ub 4
式和受限单极 O
式三种。
Ub2
Ub1、 Ub2、Ub3
Ub3 O
Ub4 –为调制器
t1 T
Ub2
T2
D2
t
Ub4
D4
T4
t Ub1、Ub 4
O t3
主回路波形图
α
1a
3b
5c
a
b
2c
4a
6b
①②③④⑤⑥
1
3
5
1
120°
2
4
6
2
60° 120° 180°
1 1 3 35 5 1 1
60° 66 2 2
44
662
60°
b ωt
3 ωt
4 ωt
33 ωt
24 ωt
§6.4 直流伺服电机 （五） 直流进给运动的速度控制
3）控制回路分析
• 触发脉冲产生的过程：
§6.4 直流伺服电机（五） 直流进给运动的速度控制晶 (1)晶闸管调速系统
伺服电机讲解
4.3伺服电机控制方式及特性
C B
A
伺服电动机的机械特性 结论：改变控制电压的大 小，就实现了转速的控制
设电机的负载阻转矩为TL， 控制电压0.25UC时,电机在特性点 A运行，转速为na，这时电机产生 的转矩与负载阻转矩相平衡。当 控制电压升高到0.5UC时，电机产 生的转矩就随之增加C，由于电机 的转子及其负载存在着惯性，转 速不能瞬时改变，因此电机就要 瞬时地在特性点C运行，这时电机 产生的转矩大于负载阻转矩，电 机就加速，一直增加到nb，电机 就在B点运行。
5 交流伺服电机的应用
5.1 伺服电机编码器
安装在电机后端，其转盘（光栅） 与电机同轴。
5V
5V
编码器 部分
0V
0V
伺服电机控制精度取决于编码器精度。 编码器
5.2伺服电机驱动器
1、主要功能 （1）根据给定信号输出与 此成正比的控制电压UC； （2）接收编码器的速度和 位置信号； （3）I/O信号接口
5.2伺服电机驱动器
2、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
5.2伺服电机驱动器
3、控制模式
（1）位置控制模式——最大输入脉冲 频率500KPPS（微分接收器）和 200KPPS（用于开路收集器）
（2）速度控制模式—— 模拟速度指令 输入：0～±10V/额定转速
1．空载始动电压UCO
在额定励磁电压和空载的情况下，使转子在任 意位置开始连续转动所需的最小控制电压定义为空载 始动电压。
用通过以额定控制电压的百分比来表示。 UCO 越 小，表示伺服电动机的灵敏度越高。一般UCO要求不大
于额定控制电压的3%～4％，使用于精密仪器仪表 中的两相伺服电动机，有时要求不大于额定控制电压 的1％。
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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。
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Δn e与理想空载转速n 0之比
（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。
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。
（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。
（4）双向式PWM调速
双向式PWM调速主电路
电机的转动方向处决于t1的大小。
双向式PWM调速电压、电流波形图
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。
单向式PWM调速电压波形图
单向式PWM调速电枢电压、电流波形图
3、直流伺服电机闭环速度控制系统
单环负反馈速度控制框图
双环负反馈速度控制系统
FANUC公司速度控制单元原理框图
直流伺服电机位置伺服控制系统
1、直流伺服电机位置伺服控制系统组成
直流伺服电机位置伺服控制系统组成框图
偏差区域和转速决定2、位置模块
（1）德国西门子公司（SIEMENS）IP246位置伺服模块
该模块的主要技术参数：
•
•输出电压：±10V
•分辨率：0.1～99.9um
•控制距离：max：±40000mm
•控制速度：1～65000mm/min
•加速度：1～9999mm/s2
•齿轮间隙补偿：max：64.999mm
•工具长度补偿：max：±40000mm 操作方式为：
•软件设置参考点和参考点设定方法
•手动操作
•自动操作
•补偿和偏移的输入和删除
•示教模式
（2）美国AB公司Creonics位置伺服模块
Creonics位置伺服模块MCC功能框图
交直流伺服技术的比较
1、直流伺服技术
伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。
电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。
50年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。
70年代则是直流伺服电机的应用最为广泛的时代。
2、交流伺服技术
从70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件
技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术—交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。
交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。
交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类:永磁同步（SM型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。
其中，永磁同步电动机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能，并可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。
并且随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺服系统的主流。
感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固，制造容易，价格低廉，因而具有很好的发展前景，代表了将来伺服技术的方向。
但由于该系统采用矢量变换控制，相对永磁同步电动机伺服系统来说控制比较复杂，而且电机低速运行时还存在着效率低，发热严重等有待克服的技术问题，目前并未得到普遍应用。
系统的执行元件一般为普通三相鼠笼型异步电动机，功率变换器件通常采用智能功率模块IPM。
为进一步提高系统的动态和静态性能，可采用位置和速度闭环控制。
三相交流电流的跟随控制能有效地提高逆变器的电流响应速度，并且能限制暂态电流，从而有利于IPM的安全工作。
速度环和位置环可使用单片机控制，以使控制策略获得更高的控制性能。
电流调节器若为比例形式，三个交流电流环都用足够大的比例调节器进行控制，其比例系数应该在保证系统不产生振荡的前提下尽量选大些，使被控异步电动机三相交流电流的幅值、相位和频率紧随给定值快速变化，从而实现电压型逆变器的快速电流控制。
电流用比例调节，具有结构简单、电流跟随性能好以及限制电动机起制动电流快速可靠等诸多优点。
3、交直流伺服技术的比较
直流伺服驱动技术受电机本身缺陷的影响，其发展受到了限制。
直流伺服电机存在机械结构复杂、维护工作量大等缺点，在运行过程中转子容易发热，影响了与其连接的其他机械设备的精度，难以应用到高速及大容量的场合，机械换向器则成为直流伺服驱动技
术发展的瓶颈。
交流伺服电机克服了直流伺服电机存在的电刷、换向器等机械部件所带来的各种缺点，特别是交流伺服电机的过负荷特性和低惯性更体现出交流伺服系统的优越性。
所以交流伺服系统在工厂自动化（FA）等各个领域得到了广泛的应用。
从伺服驱动产品当前的应用来看，直流伺服产品正逐渐减少，交流伺服产品则日渐增加，市场占有率逐步扩大。
在实际应用中，精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服产品已经成为主流产品。