直流伺服电机的控制与驱动

线圈
电刷
F
+
N I
Βιβλιοθήκη Baidu
U
F
I
–
S
换向片
换向器作用： 将外部直流电 转换成内部的 交流电，以保 持转矩方向不 变。
注意： 换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转 动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。 电刷压在换向片上。
由左手定则，通电线圈在磁场的作用下， 使线圈逆时针旋转。
Eb
电刷
F
+
N
I Eb
U
F
I
–
S
换向片
由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中 产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的 方向相反。
直流伺服电动机采用直流供电，为调节电动机 转速和方向，需要对其直流电压的大小和方向进行 控制。根据电工学原理，永磁式直流电机的转矩与 流过电枢回路的电流强度成正比：
（1）
（2）
（3）
? 联立式子1、2、3求解可得：
此时电机只能在某一个方向调速，称为不可逆调速。当需要电机 在正、反两个方向都能调速的时候，需要使用桥式降压电路
通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的 目的，从而来控制电动机的转速。
电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为a= t1 /T，则 电机 的平均速度为
（4）
? 这样我们通过控制加在电机上的电压来控制转 速
2、直流伺服电机的控制与驱动
? 直流伺服电机是直流供电，为了调节电机转速和方向，需 要对其直流电压的大小和方向进行控制。目前常用的驱动 方式是PWM（pulse width modulation）脉冲宽度调制的 英文缩写。它的含义是利用大功率晶体管的开关作用，使 得加到电机上电压的时间（占空比）发生变化，从而控制 电机电压的平均值来控制电机的转速。
Va = Vmax *a
其中Va指的是电机的平均速度，Vmax 指电机在通电时的最大速度， a= t1 /T 是指占空比 . 由上面的公式可见，当我们改变占空比a时，就可以得到不同的电机平均速度 Va，从而达到调速的目的。
3、直流伺服电动机的选择
? 选择依据是惯量匹配原则或者等效转矩来选择，只介绍第一种方法 ? 惯量匹配原则 ? 根据理论分析和实践证明，负载惯量和电机惯量的比值对伺服系统的性能
有很大的影响。通常分为两种情况：
直流伺服电机控制与驱动
机械工程
内容安排
1、直流伺服电机工作原理 2、直流伺服电机的驱动 3、直流伺服电机的选择
? 直流电机和直流伺服电机有什么区别：
伺服电机：有反馈的控制系统，它是直流供电， 有编码器反馈速度和位置信号，有良好的动态性 能。
直流电机：没有反馈信号，不能形成闭合回路。
直流伺服电机的特点 优点：具有较高的响应速度、精度和频率，优良 的控制特性等。便于调速，机械特性好。
缺点：但由于使用电刷和换向器，故寿命较低， 需要定期维修。转动惯量过大输出转矩过小，动 态特性差。
1、直流伺服电机工作原理
直流伺服电动机由线圈转子（也称电枢）， 能产生固定磁场的定子，电刷，换向器组成， 其原理简图如图所示。
1、直流伺服电机工作原理
电刷
+ U
N I
I
– S
换向片
直流电源
电刷
换向器