直流伺服电动机及其驱动
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。
伺服电机知识汇总(直流-交流伺服电机)
伺服电机知识汇总（直流/交流伺服电机）伺服电机servomotor“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。
“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动;当控制信号发出时，转子立即转动;当控制信号消失时，转子能即时停转。
伺服电机是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机，其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。
伺服电机分为交流伺服和直流伺服两大类交流伺服电机的基本构造与交流感应电动机(异步电机)相似。
在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，接恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电机运行的目的。
交流伺服电机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格(要求分别小于10%～15%和小于15%～25%)等特点。
直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。
电机转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E 为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua、Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ恒定。
直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。
直流伺服电机的优点和缺点优点：速度控制精确，转矩速度特性很硬，控制原理简单，使用方便，价格便宜。
缺点：电刷换向，速度限制，附加阻力，产生磨损微粒(无尘易爆环境不宜)交流伺服电机的优点和缺点优点：速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，90%以上的高效率，发热少，高速控制，高精确度位置控制(取决于编码器精度)，额定运行区域内，可。
伺服驱动技术
伺服系统精度指的是输出量复现输入信号要求的精确程度，以误差的形式 表现，可概括为动态误差、稳态误差和静态误差三个方面组成。
稳定性 伺服系统的稳定性是指当作用在系统上的干扰消失以后，系统能够 恢复到原来稳定状态的能力；或者当给系统一个新的输入指令后，系统 达到新的稳定运行状态的能力。
响应特性
响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系 统的工作效率。响应速度与许多因素有关，如计算机的运行速度、 运动系统的阻尼和质量等。
Ra CeC 2
T
由上式知，直流伺服电机的控制方式如下：
（1）调压调速（变电枢电压）
（2）调磁调速（变励磁电流）
（3）改变电枢回路电阻调速
转向取决于电磁转矩 T 的方向，而 T 的方向 取决于 Φ 和 Ia 的方向。
+ Ia
Ua
M
If + Uf
+ Ia
Ua
M
－
－磁
场
Uf
反
If +
向
－
－
－
If +
360° zN
=
360° 40×3
= 3°
②采用三相六拍时： θ=
360° zN
=
360° 40×6
= 1.5°
3.步进电动机驱动电源
(1)作用 : 发出一定功率的电脉冲信号，使定子励 磁绕组 顺序通电。
与一般交流和直流电动机所不同的是，步进电动机定子绕 组所加的电源形式为脉冲电压，而不是正弦电压或者恒定 直流电压。
U2
3
U1
V2
W2
V2
W2
V2
W2
W1
V1
W1
控制电机第三章 直流伺服电动机_OK
改进。
35
I a3
2.反接制动工作状态
适用情况：驱动电机反转
原因：本身和负载的转动惯
量，n1维持不变。
U a 2
工作特点：
（1）既非发电机，又非电动机。
（2）Ia3很大（设计放大器时必须考虑的问题）。
（3）T很大，制动转速。
（4）吸收电能，又吸收机械能——电机电枢铜耗。
36
3.动能制动工作状态
突变：U a1
U a2
U a 2 Ea1 I a 2 Ra
当 U a2
时，
Ia2
Ea1 为负。
Ia2
U a2
T为制动转矩，电机处于发电机状
态。当Ea1下降到比Ua2小时，电
机将回到电动机状态。
发电机状态加快了电机转速的衰减过程，提高了系统快速性。
34
U a2
实际电路中晶闸
管供电不允许反
措施：采用低速性能好的直流力矩电动机和低惯量直流电
动机。
30
由调节特性可知：
（1） 一定负载转矩下，当磁通不变时，Ua n。
（2） Ua=0时，电机立即停转，无自传现象。
（3）电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。
（4）低速工作不稳定。
机械特性和调节特性的比较
31
4 过渡过程的运行状态
l
I a
Dl
2a 2 2a
T CT I a kT I a
转矩系数kT
11
➢电磁转矩和转矩平衡方程
电磁转矩
T CT I a
稳态转矩平衡方程
T2 T T0 TL
Ts T0 TL
Ts T
动态转矩平衡方程
直流伺服电机PPT课件
电流反馈
功放
第14页/共47页
G
M
§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
① 主回路：
大功率晶体管开关放大器； ② 控制回路：功率整流器。
速度调节器；
电流调节器；
固定频率振荡器及三角波发生器；
脉宽调制器和基极驱动电路。
区别：
与晶闸管调速系统比较，速度调节器和电流调节
2） 脉宽调制器
同向加法放大器电路图 U S r –速度指令转化过
来的直流电压
U△
R1
U Sr
R1
R2
+ +12V
-
R3
USC
U △- 三角波
USC- 脉宽调制器的输
出（ U S r +U △ ）
调制波形图
U △+U S r
U△
+U S r
o
o
t
-12V U △+U S r
t
o
-U S r
t
U SC
电机转速与理想空载转速的差
（6.7）
ω（n） △ω
ωO
O
TL TS T
图6.7 直流电机的机械特性
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§6.4 直流伺服电机 （二）一般直流电机的工作特性
2. 动态特性 直流电机的动态力矩平衡方程式为
TM TL J d
dt
式中
TM ─电机电磁转矩； TL ─ 折算到电机轴上的负载转矩； ω ─ 电机转子角速度； J ─ 电机转子上总转动惯量；
（6.1）
KT —转矩常数； Φ—磁场磁通；Ia —电枢电流；TM —电磁
转矩。电枢回路的电压平衡方程式为:
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
直流伺服电动机工作原理
直流伺服电动机工作原理直流伺服电动机是一种能够通过控制系统来精确控制转速和位置的电动机。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 电源供电：直流伺服电动机首先需要通过电源来提供电能。
电源会提供直流电压，通常是以可调节的方式供应。
2. 电动机转子：直流伺服电动机内部有一个转子，它由一组线圈和永磁体组成。
转子可以自由地旋转。
3. 电机驱动器：为了控制电动机的转速和位置，需要一个电机驱动器。
电机驱动器主要由功率放大器和控制电路组成。
控制电路通常接收来自控制系统的信号，并根据信号来调整电机的转速和位置。
4. 控制信号：控制信号可以来自于传感器或控制程序。
传感器可以测量电动机的转速和位置，并将信息传送给控制系统。
控制程序可以根据需求来将电动机的转速和位置设置为特定的数值。
5. 调整电压：根据控制信号，控制电路会调整电机驱动器的输出电压。
输出电压的改变会导致电动机的转速和位置相应地变化。
6. 转矩产生：当电机驱动器输出电压改变时，通过控制线圈通入不同的电流。
电流通过线圈时会在线圈和永磁体之间产生磁场。
根据电流的方向和大小，磁场的极性和强度也会相应改变。
这个磁场会与永磁体的磁场相互作用，产生力矩，进而驱动转子转动。
7. 反馈回路：为了确保电动机的准确控制，通常会设置一个反馈回路。
反馈回路可以监测电动机的实际转速和位置，并将信息反馈给控制系统。
控制系统通过与期望值进行比较，可以及时调整控制信号，从而保持电动机的精确控制。
通过以上的工作原理，直流伺服电动机可以在控制系统的指导下，实现精确的转速和位置控制，广泛应用于机器人、自动化设备和工业生产线等领域。
直流伺服电机驱动原理
直流伺服电机驱动原理在现代工业中，电机驱动系统通常需要对转速和位置进行高精度控制，以满足各种工业应用的要求。
其中，直流伺服电机是一种常见的电机类型，因为它们具有较高的精度和响应性能，并且适用于许多应用领域，如机器人、自动化生产线等。
本文将介绍直流伺服电机的驱动原理。
电路构成伺服电机驱动电路的基本构成由三个部分组成：控制电路、功率电路和反馈电路。
控制电路控制电路通常由微处理器、计数器、数据存储器、ADC转换器和各种驱动器组成。
其中微处理器对目标位置或目标转速进行测量和控制，计数器记录位置和速度，数据存储器用于保存控制参数，ADC转换器用于读取反馈信号。
驱动器则用于控制功率电路中的开关管。
功率电路功率电路主要由三部分组成：直流电源、开关管和驱动器。
直流电源伺服电机驱动通常是直流电源驱动，直流电源提供了所需的电流和电压。
开关管开关管是控制电路和伺服电机之间传递电流的关键部分。
目前常用的开关管主要分为MOSFET和IGBT两类。
MOSFET的主要优点是响应速度快，但它的驱动电路复杂、温度敏感；IGBT则具有响应速度稍慢，但稳定性和可靠性更高。
驱动器驱动器是控制管的控制电路，其主要功能是控制开关管的通断状态以调节电机的电流。
现在，许多驱动器都采用了数字信号处理器（DSP）技术来实现高效控制。
反馈电路反馈电路的主要作用是通过测量伺服电机的位置和速度来提供精确的位置和速度信号。
其中，旋转编码器和霍尔传感器是常用的位置反馈器件。
控制原理伺服电机驱动控制原理可以简化为下面三个步骤：目标位置或目标速度的设定微处理器根据控制参数和输入信号来确定目标位置或目标速度的设定值。
实际位置或实际速度的测量通过旋转编码器或霍尔传感器来测量伺服电机的实际位置或实际速度，并将它们转换为电量信号传送到控制电路中。
控制输出信号的产生微处理器通过控制电路将输出信号发送到功率电路中，控制器驱动马达根据输出信号进行控制，从而实现伺服电机的位置或速度控制。
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。
直流伺服电机原理
直流伺服电机原理
直流伺服电机原理是一种将直流电能转换为机械能的装置。
它由电源、电机和控制器组成。
电源负责提供直流电，常见的有直流电源和电池。
电机是核心部件，通过电能转换为机械能。
伺服电机有两个关键部分：转子和定子。
转子是电机的旋转部分，定子是静止的部分。
转子在定子的磁场作用下转动。
控制器是控制伺服电机运行的关键。
它接收输入信号，通过与电机相连的编码器检测转子的位置和速度，然后计算并输出控制信号使转子按照预定的速度和位置运动。
伺服电机的原理是基于电机的磁场和力矩之间的关系。
当电流通过电机的线圈时，产生的磁场和永磁体产生相互作用，产生一个力矩使转子旋转。
控制器通过调整电流大小和方向来控制转子的运动。
伺服电机的控制是通过反馈系统完成的。
编码器用于检测转子的位置和速度，并将信息发送回控制器。
控制器比较目标位置和实际位置，根据差异调整电流和方向，使转子驱动到目标位置。
伺服电机具有高速度、高精度和高响应性的优点，适用于需要精确控制运动的应用，如机械臂、自动化生产线和机器人等。
总之，直流伺服电机原理是将直流电能转换为机械能的装置，
由电源、电机和控制器组成。
电机通过磁场和力矩之间的关系实现转子的运动，控制器通过调整电流和方向控制转子的位置和速度。
伺服电机具有高速度、高精度和高响应性的优点，广泛应用于各种需要精确控制的领域。
直流电机驱动器工作原理
直流电机驱动器是电动机控制系统中的重要组成部分，用于控制直流电机的转速和扭矩。
其工作原理可以从电源、驱动器主体以及控制信号等几个方面进行分析。
1.电源：直流电机驱动器的工作需要直流电源作为能量供给。
一般情况下，直流电源的电压可以通过调节开关电源、变压器或者电池来实现。
通常使用的电源电压为12V、24V、48V等。
2.驱动器主体：驱动器主体通常包括功率电子器件、电流传感器、电压传感器、控制单元和保护单元等。
其中，功率电子器件主要包括功率晶体管（IGBT）、继电器和三极管等，用于控制电机电流和电压。
电流传感器和电压传感器用于精确测量电机电流和电压，以便控制单元进行相应的调节。
控制单元是整个驱动器的核心部分，通过处理输入信号控制电机的转速和转矩。
保护单元用于监测电机的工作状态，一旦检测到异常情况，会及时采取保护措施，如断开电源或降低功率。
3.控制信号：直流电机驱动器可以通过各种方式接收控制信号，常见的方式有模拟信号和数字信号。
模拟信号一般通过电压或电流进行传递，可以实现简单的速度和转矩控制；数字信号一般通过脉冲宽度调制（PWM）或其他数字控制方法进行传递，可以实现更加精确的控制。
控制信号经过驱动器的控制单元处理后，通过控制功率电子器件来调节电机电流和电压，从而实现对电机的控制。
此外，直流电机驱动器还可以具备一些特殊功能，如： 1. 软启动功能：通过逐渐增加电压和电流，使电机缓慢启动，避免电机启动时的大电流冲击和机械振动。
2. 刹车功能：通过改变电机的工作模式，使电机迅速停止转动，有时还可以实现抱闸功能，即电机停止后能够保持在一定位置上。
3. 超载保护功能：通过实时监测电机的电流和温度等参数，一旦超过设定值，驱动器会自动减少电机的负载，避免电机过载损坏。
总之，直流电机驱动器是通过控制电机的电流和电压来实现对直流电机转速和扭矩的控制。
其工作原理可以通过电源、驱动器主体和控制信号等几个方面进行分析。
不同类型的驱动器具有不同的功能和特点，可以根据实际需求选择合适的驱动器来实现对直流电机的精确控制。
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。
直流电机伺服系统
第四节 直流电机伺服系统伺服电机是转速及方向都受控制电压信号控制的一类电动机，常在自动控制系统用作执行元件。
伺服电机分为直流、交流两大类。
直流伺服电机在电枢控制时具有良好的机械特性和调节特性。
机电时间常数小，起动电压低。
其缺点是由于有电刷和换向器，造成的摩擦转矩比较大，有火花干扰及维护不便。
直流伺服电动机的结构与一般的电机结构相似，也是由定子、转子和电刷等部分组成，在定子上有励磁绕组和补偿绕组，转子绕组通过电刷供电。
由于转子磁场和定子磁场始终正交，因而产生转矩使转子转动。
由图6-30可知，定子励磁电流产生定子电势F s ，转子电枢电流αi 产生转子磁势为F r ，F s 和F r 垂直正交，补偿磁阻与电枢绕组串联，电流αi 又产生补偿磁势F c ，F c 与F r 方向相反，它的作用是抵消电枢磁场对定子磁场的扭斜，使电动机有良好的调速特性。
永磁直流伺服电动机的转子绕组是通过电刷供电，并在转子的尾部装有测速发电机和旋转变压器（或光电编码器），它的定子磁极是永久磁铁。
我国稀土永磁材料有很大的磁能积和极大的矫顽力，把永磁材料用在电动机中不但可以节约能源，还可以减少电动机发热，减少电动机体积。
永磁式直流伺服电动机与普通直流电动机相比有更高的过载能力，更大的转矩转动惯量比，调速范围大等优点。
因此，永磁式直流伺服电动机曾广泛应用于数控机床进给伺服系统。
由于近年来出现了性能更好的转子为永磁铁的交流伺服电动机，永磁直流电动机在数控机床上的应用才越来越少。
二、直流伺服电机的调速原理和常用的调速方法由电工学的知识可知：在转子磁场不饱和的情况下，改变电枢电压即可改变转子转速。
直流电机的转速和其它参量的关系可用式6-19表示：φe K IRU n -=（6-19） 式中：n ——转速，单位为rpm ；U ——电枢电压，单位为V ； I ——电枢电流，单位为A ；R ——电枢回路总电压，单位为Ω； φ——励磁磁通，单位为Wb （韦伯）； K e ——由电机结构决定的电动势常数。
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
伺服电机
伺服电动机(servo motor)的功能是将所输入的电压信号转换为轴上的角位移或角速度输出，其转速和转向随输入电压信号的大小和方向变化而改变的控制电机。
伺服电动机能带一定的负载，在自动控制系统中作执行元件，所以又称为执行电动机。
例如数控车床，刀具由伺服电动机拖动，他会按照给定目标的形状拖动刀具进行切割器件。
早期伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为0.1～100瓦，而目前伺服技术发展很快，几千瓦的大功率伺服电动机相继出现。
伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。
伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。
伺服电机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，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可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，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
直流伺服电机的驱动原理1.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。
直流伺服电机特指直流有刷伺服电机——电机成本高结构复杂，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），会产生电磁干扰，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。
直流伺服电机不包括直流无刷伺服电机——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，电机功率有局限做不大。
直流伺服电机的驱动方式和正反转控制方式
直流伺服电机的驱动方式和正反转控制方式直流伺服电机是一种常用的电动机驱动装置，可通过调节电源电压和电流来实现运动的精确控制。
直流伺服电机的驱动方式有两种：模拟驱动方式和数字驱动方式。
模拟驱动方式是通过模拟电路来控制直流伺服电机的速度和方向。
这种方式中使用的控制电路包括电压比例放大器和电流比例放大器。
电压比例放大器将输入的电压信号放大到与电机转速成正比的电压输出信号，而电流比例放大器则通过放大输入的电流信号来控制电机的转矩大小。
通过调节输入的电压和电流信号，可以实现直流伺服电机的精确控制。
数字驱动方式是通过数字信号处理器（DSP）或者微处理器来控制直流伺服电机的速度和方向。
数字驱动方式具有更高的控制精度和可编程性。
它通过将输入的数字信号转换为模拟电平，然后传输给模拟电路控制电机。
数字驱动方式还可以通过改变输入信号的频率和占空比来调节电机的转速和转矩。
直流伺服电机的正反转控制方式也有两种：四象限控制方式和双H桥控制方式。
四象限控制方式是最常用的正反转控制方式之一。
它通过调节电压的极性和电流的方向来实现电机的正反转。
具体来说，在四象限控制方式下，当电机处于停止状态时，不加电压或电流；当需要正转时，给电机加上正极性电压和正方向电流；当需要反转时，给电机加上负极性电压和反方向电流。
四象限控制方式简单可靠，广泛应用于各种工业领域。
双H桥控制方式是另一种常见的正反转控制方式。
它通过控制四个开关管的状态来实现电机的正反转。
具体来说，当需要正转时，关闭S1和S4，打开S2和S3；当需要反转时，关闭S2和S3，打开S1和S4。
这种控制方式具有较高的控制精度和灵活性，适用于一些对电机控制要求更高的应用场景。
总结来说，直流伺服电机的驱动方式有模拟驱动方式和数字驱动方式，正反转控制方式有四象限控制方式和双H桥控制方式。
根据具体的应用需求和性能要求，选择合适的驱动方式和控制方式，可以实现对直流伺服电机运动的精确控制。
伺服系统总结(电机和驱动)ppt课件
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(1) 液压伺服控制系统 液压伺服控制系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推 动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、 不同方向的动作，完成各种设备不同的动作需要。液压伺服控制系统按照偏差信 号获得和传递方式的不同分为机-液、电-液、气-液等,其中应用较多的是机-液和 电-液控制系统。按照被控物理量的不同,液压伺服控制系统可以分为位置控制、 速度控制、力控制、加速度控制、压力控制和其他物理量控制等。液压控制系统 还可以分为节流控制(阀控)式和容积控制(泵控)式。在机械设备中,主要有机-液伺 服系统和电-液伺服系统。
伺服系统介绍
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目录
伺服系统概述
系统结构原理以及分类
伺服电机
伺服驱动
编码器以及制动方式介绍
伺服与步进区别
伺服选型
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一、 伺服系统概述
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。它的主要任务是按控 制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控 等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置 控制非常灵活方便。
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(4) 电液伺服控制系统 它是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。最常见的 有电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力(或力矩)控制系统。 以上是我们常用到的四种伺服系统，他们的工作原理和性能以及可以应用的 范围都有所区别，各有自己的特点和优缺点。因此在选择或者购买的时候， 就需要根据系统的需要以及需要控制的参数和实现的性能，通过计算后在选 择合适的产品。
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常用的电动机类型，其工作原理基于直流电流的传递和反馈控制。
以下为直流伺服电机的工作原理描述。
1. 电源供电：直流伺服电机通过外部电源供电，通常是直流电源。
2. 电机驱动：伺服电机中的电机部分由电枢和永磁体组成。
电枢和永磁体之间通过电刷和集电环连接。
当电流通过电枢，电枢产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，产生转矩，从而驱动电机转动。
3. 反馈装置：直流伺服电机通常配备了反馈装置，用于测量电机的实际转速或角度。
常用的反馈装置包括编码器、霍尔效应传感器等。
4. 控制器：伺服电机的控制器对反馈信号进行处理和比较，将所需的转速或角度与实际转速或角度进行比较，并根据比较结果来调整输出给电机的电流信号。
5. 反馈控制：控制器通过调整输出给电机的电流信号来控制电机的速度或位置。
当实际转速或角度与所需的转速或角度不一致时，控制器将调整电流信号的大小或方向，以实现实时精确的控制。
6. 稳定性：通过不断的反馈和调整，直流伺服电机实现了稳定的速度或位置控制。
控制器不断监测反馈信号，并根据差异进
行调整，以保持所需的运动状态。
总结：直流伺服电机通过电源供电，电机驱动产生转矩，反馈装置测量实际转速或角度，控制器对反馈信号进行处理和比较，调整输出信号，实现精确的速度或位置控制。
这种工作原理使得直流伺服电机广泛应用于自动化系统中，如机械臂、自动化设备和工业机械等领域。
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1.1 各种不同的直流伺服电动机
• 2.大惯量宽调速电动机
• 对于一些需要很大转矩的场合，则使用大惯量宽调速电动机。其基本 结构与普通直流电动机一样，不同的是大惯量宽调速电动机具有良好 的加减速特性、大的热容量、绝缘等级高、寿命长等优点，大多使用 高性能稀土永磁材料制作定子。这些特点使其性能远远高于普通直流 电动机，具有高转矩、宽调速、动态特性好、快速响应能力强等优点。 大惯量宽调速电动机的功率通常小于600 W，并且采用电枢电压调节 转速。
1.1 各种不同的直流伺服电动机
1.小惯量直流伺服电动机 无槽电枢伺服电动机如图3-14（a）所示。它将绕组固定在无槽的电枢铁芯上，以避免 在电枢铁芯上开槽，使电枢可以做到很小，从而实现了降低转动惯量的目的。空心杯伺 服电动机结构如图3-14（b）所示，它在固定的铁芯上安装有类似于杯子的转子，同时， 为了保证磁阻小，在空心杯转子内放置了固定内定子。因为转子很轻，所以转动惯量也 很小。盘形电枢伺服电动机如图3-14（c）所示。采用盘状的电枢，它的定子磁铁位于 盘形电枢的平面两侧，电枢绕组可以是印制或者用导线绕制。因为电枢的质量极小，所 以转动惯量很小。
Eb Cen
1.2 直流伺服电动机机械特性和调节特性
• 根据上面三个公式，可得到
n um TR Ce CTCe2
当电压一定时，转速n与转矩T成 反比，以n为纵轴，T为横轴，则 它们的关系是一条截距为um/Ce Φ ，斜率为－R/CTCeΦ2的直线， 这条直线就是机械特性曲线，即 T=f(n)曲线，如图3-15（a）所 示。当转矩T一定时，转速n与电 压um成正比，根据式（3-6）可 画出调节特性曲线，即n=f(um) 曲线，如图3-15（b）所示。
Uo
t1Ui t2Ui t1 t2
t1 t1
t2 t2
Ui
Ui
1.3 直流伺服电动机的驱动电路
图3-17 PWM波形
1.3 直流伺服电动机的驱动电路
2）PWM产生电路 如图3-18（a）所示的比较器电路，其反相端输入一个三角波，同相端输入电动 机的控制电压。当三角波小于控制电压时，输出为1；当三角波大于控制电压时， 输出为零。由于三角波的波形是一个等腰三角形，输出的脉冲宽度由控制电压与 三角波之间的交点所决定，如图3-18（b）所示。
1.3 直流伺服电动机的驱动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ路
图3-20 直流伺服电动机驱动电路
谢谢观看！
图3-16 直流电压线性调整原理
1.3 直流伺服电动机的驱动电路
1.脉冲宽度调制原理及产生电路
1）脉冲宽度调制原理
PWM分为单极性和双极性两种，如图3-17（a）所示为单极性PWM脉
冲，其等效的直流电压为
Uo
t1
t1 t2
Ui
Ui
双极性PWM的输出电压在一个周期内正负相间，所以称为双极性。
其信号波形如图3-17(b)所示，输出电压Ｕo为
1.3 直流伺服电动机的驱动电路
图3-19 直流伺服电动机驱动电路原理
当H桥上两个同侧的晶体管同时导通时，电源将会短路，导致线路烧毁。为 了防止这种现象发生，在实际驱动电路中通常要增加部分硬件电路。如图3-20所 示，在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和两个非门。4个与门同一个“使能” 导通信号相接，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而两个非门通过提供一 种方向输入，可以保证任何时候在H桥的同侧都只有一个晶体管能导通。
图3-18 PWM波形产生原理图
1.3 直流伺服电动机的驱动电路
2.常用驱动电路
PWM信号经过放大后推动功率晶体管，再由功率晶体管驱动直流伺 服电动机运行，因为直流伺服电动机经常需要正反转切换，所以通 常使用两对晶体管来驱动，如图3-19(a)所示为一个典型的直流伺 服电动机驱动电路。因为两对晶体管的电路形状类似于字母“H”， 所以称为H桥驱动电路。
直流伺服电动机 及其驱动
直流伺服电动机及其驱动
• 直流伺服电动机是应用最为广泛的执行电动机，具有速度高、体积小、质量轻、 效率高和转矩大等优良特性。其速度可以通过调节输入电压来控制，且调节范 围很宽，适用于各种控制系统。直流伺服电动机广泛地应用于机器人、数控机
• 直流伺服电动机主要由定子和转子两大部分组成。定子的主要作用是产生磁场 和作为电动机的机械支承。它由主磁板、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装 置等组成。转子是机械能和直流电能相互转换的枢纽。它由电枢铁芯、电枢绕 组、换向器、转轴、风扇等组成。直流伺服电动机原理与普通直流电动机相同。
图3-15 直流伺服电动特性曲线
1.3 直流伺服电动机的驱动电路
改变电压可以通过多种方式实现，常用的为线性调整和脉冲宽 度调制（pulse width modulation，简称为PWM）。直流电压线性调 整原理如图3-16所示，通过改变晶体管VT的基极电压来改变输出电 压。由于输入电压等于晶体管VT的压降Uce和电动机电压Um之和， 改变Ui即可改变Um，这时晶体管工作在放大状态，这种电路损耗很 大，只能应用在调速范围很小，并且电动机功率微小的场合。
要使电动机运转，必须导通对角线上的一对晶体管。根据每对晶体 管的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电动机，从而 控制电动机的转向。如图3-19(b)所示，当VT1和VT4导通，VT2和 VT3截止时，电流就从电源正极经VT1—电动机—VT4回到电源负 极。设晶体管处于图3-19（b）所示状态时，电动机正转，则当晶 体管处于如图3-19（c）所示状态时，电动机可实现反转，在图3-1 9中箭头表示电流方向。
1.2 直流伺服电动机机械特性和调节特性
直流伺服电动机最主要的特性就是机械特性和调节特性。前者 是指电压一定时，转速和转矩之间的关系；后者是指转矩一定时， 电压和转速之间的关系。
直流伺服电动机的转矩T与电枢电流im成正比，即
T CTim
而电枢回路中的电压平衡式为
um Eb im R
反电动势Eb与电动机的转速n成正比，即