直流伺服电机

图1-5直流伺服电动机电枢控制线路图 直流伺服电动机电枢控制线路图
直流伺服电动机进行电枢控制时，电枢绕组即为控制绕组， 直流伺服电动机进行电枢控制时，电枢绕组即为控制绕组， 控制电压U 直接加到电枢绕组上进行控制。 控制电压 c直接加到电枢绕组上进行控制。 由于励磁电流恒定，故电机内磁场 一定 一定， 由于励磁电流恒定，故电机内磁场φ一定，当电枢绕组加 上控制信号时，产生电枢电流I 上控制信号时，产生电枢电流 a，φ与Ia相互作用，产生转 与 相互作用， 增大时， 增大 增大； 减小时， 减小 减小； 矩。当Ua增大时，n增大；Ua减小时，n减小；Ua=0时， 时 n=0。具有良好的可控性。 。具有良好的可控性。 磁场控制：若把控制信号加到励磁绕组上进行控制，这种 磁场控制：若把控制信号加到励磁绕组上进行控制， 方式叫磁场控制。磁场控制有严重的缺点（ 方式叫磁场控制。磁场控制有严重的缺点（调节持性在某 一范围不是单值函数，每个转速对应两个控制信号）， ），使 一范围不是单值函数，每个转速对应两个控制信号），使 用的场合很少。 用的场合很少。
绪论 第 1章
伺服电动机
直流伺服电动机 交流伺服电动机
第 2章
测速发电机
直流测速发电机 交流测速发电机
第 3章
自整角机
力矩式自整角机 控制式自整角机
第 4章
旋转变压器
正余弦旋转变压器 线性旋转变压器 感应移相器
第 5章
步进电动机
绪 论
一、工作原理 工作原理 工作原理：建立在电磁感应 电磁感应的基础之上 工作原理：建立在电磁感应的基础之上 普通旋转电机主要是进行能量变换， 普通旋转电机主要是进行能量变换， 要求有较高的力能指标如效率 效率、 要求有较高的力能指标如效率、功率因 电磁转矩等 数、电磁转矩等； 而控制电机主要是对控制信号进行传 而控制电机主要是对控制信号进行传 递和变换，要求有较高的控制性能， 递和变换，要求有较高的控制性能，如 要求反应快、精度高、运行可靠等等。 要求反应快、精度高、运行可靠等等。 反应快 等等
U a = Ea + I a Ra
Ra 为电枢电阻
Tem = C tφ I a
E a = C eφ n
Ea U a − Ia R a U a Ra 所以： n = = = − Ia C eφ C eφ C eφ C eφ Ua Ra = − Tem 2 C eφ C e C tφ
假设：（ ） 假设：（1）电机的磁路不饱和 ：（ （2）忽略电枢反应的影响（负载磁场对主磁场的影响） ）忽略电枢反应的影响（负载磁场对主磁场的影响） 一定， 则：无论Ua为多少，Uf一定，有If一定，即φ为恒定值 无论 为多少， 一定， 为恒定值 ke=Ceφ, kt=Ctφ，有： ， 令：
二、控制电机的用途和分类 控制电机的用途和分类 1、 信号元件 、 功能： 功能：用来转换信号 （1）旋转变压器： ）旋转变压器： （2） 测速发电机： ） 测速发电机： （3）自整角机： ）自整角机：
功率元件 2、功率元件 功能： 功能：用于把信号转换成功率或把电能转换成机械能 （1）伺服电动机： ）伺服电动机： （2）步进电动机： ）步进电动机：
三、运行特性 运行性能主要指电机的机械特性和调节特性均为线性。 运行性能主要指电机的机械特性和调节特性均为线性。 机械特性：控制电压恒定时， 机械特性 ：控制电压恒定时，电机的转速随转矩的变化关 系。即n=f(T)。 。 调节特性：电磁转矩恒定时，电机转速随电压的变化关系。 调节特性 ：电磁转矩恒定时，电机转速随电压的变化关系。 即n=f(Ua)。 。 根据直流电动机的工作原理推导如下： 根据直流电动机的工作原理推导如下：
§1-2直流伺服电动机 直流伺服电动机
一、结构和分类 按结构可以分为传统型和低惯量型两大类。 按结构可以分为传统型和低惯量型两大类。 传统型直流伺服电动机： 型号： 系列 系列） （一） 传统型直流伺服电动机：（型号：SZ系列） 结构与普通的直流电动机基本相同， 结构与普通的直流电动机基本相同 ， 有永磁式和 电磁式两种。 电磁式两种。 永磁式： 永磁式：定子是永久磁铁的磁极 电磁式：定子由硅钢片叠压而成，在铁心（磁极） 电磁式：定子由硅钢片叠压而成，在铁心（磁极） 上套有励磁绕组。见图1-1所示 上套有励磁绕组。见图 所示 转子由硅钢片叠压而成， 转子由硅钢片叠压而成，转子的外圆周上开设有 齿和槽，转子槽中放置电枢绕组。 齿和槽，转子槽中放置电枢绕组。
2、空心杯电枢直流伺服电动机（型号：SYK系列） 、空心杯电枢直流伺服电动机（型号： 系列） 系列 定子：外定子由永久磁钢组成， 定子：外定子由永久磁钢组成， 内定子由软磁材料组成（磁阻小） 或反过来。 内定子由软磁材料组成（磁阻小）。或反过来。 转子：为空心杯电枢， 转子：为空心杯电枢，绕组 绕组：印制绕组，利用印制线路板工艺制造 绕组：印制绕组，利用印制线路板工艺制造. 绕线式绕组，先绕制成单个线圈，然后沿径向圆周 绕线式绕组，先绕制成单个线圈， 排列成空心杯状，用环氧树脂浇注成型。 排列成空心杯状，用环氧树脂浇注成型。
Ua R a n= − Tem ke kek t
（一）机械特性 Ua=常数时，n=f(Tem) 常数时， 常数时
Ua Ra n= − Tem k e k ek t
c) 调速范围宽广：伺服电动机的转速随着控制电压的变 调速范围宽广： 化能在宽广的范围内连续调节。 化能在宽广的范围内连续调节。 d) 快速响应性强：控制电压变化时，转速的变化迅速， 快速响应性强：控制电压变化时，转速的变化迅速， 即反应快，灵敏。要求：机电时间常数小，转动惯量小， 即反应快，灵敏。 要求：机电时间常数小，转动惯量小， 堵转转矩大。 堵转转矩大。 e) 其他：电机体积小、重量轻、控制功率小 其他：电机体积小、重量轻、控制功率小。
学习：结构和原理、工作特性（静态和动态） 学习：结构和原理、工作特性（静态和动态）、控制及应 用的方法、新的分析方法（双反应理论，对称分量法） 用的方法、新的分析方法（双反应理论，对称分量法）
第一章 伺服电动机
§1-1 概述 一、什么伺服电动机 它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出。 它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出。 改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与 转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。 转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。 当输入电压为0时 转子静止不动，加上输入电压后， 当输入电压为 时，转子静止不动，加上输入电压后，转子 马上转动， 马上转动，改变电压的大小和方向输出转速的大小和方向也 跟随变化。 跟随变化。 由于这种“伺服” 随动） 由于这种“伺服”（servo,随动）的特性而称为伺服电动机。 随动 的特性而称为伺服电动机。
当雷达天线转过一个θ角时， 当雷达天线转过一个 角时，由力矩电动机经齿轮和天线 角时 啮合自整角发送机也转过同样的角度; 啮合自整角发送机也转过同样的角度 自整角变压器与自整角发送机转子之间便出现相应的位 置角差θ，自整角变压器的输出绕组产生相应的输出电压; 置角差 ，自整角变压器的输出绕组产生相应的输出电压 经放大器放大后，作为控制电压加到伺服电动机的控制 经放大器放大后， 绕组上，使电机转动带动显示管的偏转线圈， 绕组上，使电机转动带动显示管的偏转线圈，同时带动自整 角变压器的转子。 角变压器的转子。 当自整角变压器转子与自整角发送机转子位置差为0时 当自整角变压器转子与自整角发送机转子位置差为 时， 输出电压为0，伺服机控制电压为0。电机停止转动， 输出电压为 ，伺服机控制电压为 。电机停止转动，使目标 的位置在荧光屏上确定的显示出来。 的位置在荧光屏上确定的显示出来。
三、应用及要求 应用：自动化及军事技术等领域 应用： 要求：高精度、 要求：高精度、高可靠性和快速响应性 发展趋势：小型化、特殊用途（如直线控制电机、 发展趋势：小型化、特殊用途（如直线控制电机、直线位 移测速发电机等） 新材料新原理新技术的发展及应用。 移测速发电机等）、新材料新原理新技术的发展及应用。
二、伺服电动机的基本要求 、 根据伺服电动机在控制系统所承担的职能， 根据伺服电动机在控制系统所承担的职能，系统对它有以下几 点要求： 点要求： a) 可控性好：主要只控制信号消失时，电机能立即自行停转， 可控性好：主要只控制信号消失时，电机能立即自行停转， 而无自转现象。 而无自转现象。 b) 运行性能好：主要指电机的机械特性和调节特性均为线性。 运行性能好：主要指电机的机械特性和调节特性均为线性。
控制电机的用途: 控制电机的用途 主要用于现代工业自动化系统和现代军 事装备系统中。 事装备系统中。 如火炮和雷达的自动定位， 如火炮和雷达的自动定位 ， 舰船方 向舵的自动操纵， 飞机的自动驾驶， 向舵的自动操纵 ， 飞机的自动驾驶 ， 机 床加工过程的自动控制和显示、 床加工过程的自动控制和显示 、 阀门的 遥控等。 遥控等。 下面以雷达天线和显示管偏转线圈的 随动系统为例简要介绍控制电机在自动 控制系统中的基本用途,如图 所示。 如图0-1所示 控制系统中的基本用途 如图 所示。
图1-1电磁式直流伺服电动机
（二） 低惯量型直流伺服电动机 提高电机的快速响应性能。 提高电机的快速响应性能。 1、 盘形电枢直流伺服电动机 、 定子：由永久磁钢和前后磁轭组成。 定子：由永久磁钢和前后磁轭组成。 转子：为盘形电枢，有电枢绕组。 转子：为盘形电枢，有电枢绕组。 绕组：印制绕组，利用印制线路板工艺制造，单片双面或多 绕组：印制绕组，利用印制线路板工艺制造， 片重叠。 片重叠。 绕线式绕组，先绕制成单个线圈， 绕线式绕组，先绕制成单个线圈，然后沿径向圆周排 列起来，用环氧树脂浇注成圆盘。 列起来，用环氧树脂浇注成圆盘。 以上绕组电流在径向绕组段为有效电流， 以上绕组电流在径向绕组段为有效电流，在轴向绕组 段不产生转矩，只起连接作用。（左手定理，使电枢旋转） 。（左手定理 段不产生转矩，只起连接作用。（左手定理，使电枢旋转）
步骤： 步骤： 1、在力矩电动机的驱动下，雷达天线旋转扫描，发 在力矩电动机的驱动下， 在力矩电动机的驱动下 雷达天线旋转扫描， 射强大的无线电波搜索飞机。 射强大的无线电波搜索飞机。 2、当找到目标后，雷达接收到反射回来的电波，根 、当找到目标后，雷达接收到反射回来的电波， 据发送和接受的时间可以计算出距离， 据发送和接受的时间可以计算出距离，根据方位角确 定位置。 定位置。 3、找到目标后，力矩电动机立即断开电源，受雷达 、找到目标后，力矩电动机立即断开电源， 接受机控制，雷达天线跟随飞机缓慢运动， 接受机控制，雷达天线跟随飞机缓慢运动，控制室内 显示管偏转线圈跟随雷达的偏转同步旋转。 显示管偏转线圈跟随雷达的偏转同步旋转。 利用图2的自整角和伺服机构组成的随动系统实现 利用图 的自整角和伺服机构组成的随动系统实现 这一功能。 这一功能。