控制电机教程-(伺服电动机-测速发电机-步进电动机)
伺服电机的控制方法
伺服电机的控制方法
伺服电机是一种需要高精度控制的电机，通常用于各种需要精准位置控制的系
统中。
在工业自动化领域，伺服电机的控制方法至关重要，直接影响到系统的性能和稳定性。
本文将介绍几种常见的伺服电机控制方法。
位置式控制
位置式控制是最常用的伺服电机控制方法之一。
通过测量电机转子的位置信息，控制器计算出与设定的位置差，然后根据差值调整电机的输出，使其逐渐趋向于设定位置。
位置式控制通常具有较高的精度，但对传感器精度和控制算法要求较高。
速度式控制
速度式控制是基于测量电机转速的控制方法。
控制器通过测量电机速度并与设
定速度进行比较，调节电机输出以实现所需速度。
速度式控制适用于一些需要快速响应和准确速度调节的场合。
力矩式控制
力矩式控制是基于测量电机输出力矩的控制方法。
控制器通过测量输出力矩和
设定力矩进行比较，根据差值调整电机输出。
这种控制方法通常用于需要控制系统负载的力矩的应用中。
混合控制方法
除了以上几种基本的控制方法外，还可以结合位置式、速度式和力矩式控制方法，实现更加复杂的控制策略。
例如，可以先进行速度式控制，当速度接近设定值后再切换到位置式控制，以实现更好的控制效果。
总结
伺服电机的控制方法多种多样，不同的应用场景需要选择合适的控制方法来实
现最佳的性能。
在实际应用中，根据系统的要求和特点来选择合适的控制方法将会对系统的稳定性和性能有重要影响。
希望本文介绍的几种常见的伺服电机控制方法能为读者提供一些参考和帮助。
控制电机教程
图 7.4 交流伺服电动机原理图
交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处。当交流伺服电动
机的励磁绕组接到励磁电流 上，若控制绕组加上的控制电压 为 时（即 无控制电压），所产生的是脉振磁通势，所建立的是脉振磁场，电机无起动转矩；
当控制绕组加上的控制电压
，且产生的控制电流与励磁电流的相位不同
时，控制信号消
失，气隙磁场为脉振磁场，电机不转或停转。
幅值控制的交流伺服电动机的机械特性和调节特性如图 7.8 所示。图中的转 矩和转速都采用标么值。
图 7.8 幅值控制时的特性
2）相位控制
这种控制方式通过改变控制电压 与励磁电压 之间的相位差来实现对 电机转速和转向的控制，而控制电压的幅值保持不变。
应的转差率
相应减小，合成转矩即电机电磁转矩则相应减小，如图
7.5（b）所示。如果继续增加转子电阻，使正向磁场产生最大转矩时的
，
使正向旋转的电机在控制电压消失后的电磁转矩为负值，即为制动转矩，使电机
制动到停止；若电机反向旋转，则在控制电压消失后的电磁转矩为正值，也为制 动转矩，也使电机制动到停止，从而消除“自转”现象，如图 7.5（c）所示，所 以要消除交流伺服电动机的“自转”现象，在设计电机时，必须满足：
随之改变，即改变 转速。
的大小， 与
的相位差也随之改变，从而改变电机的
幅度—相位控制线路简单，不需要复杂的移相装置，只需电容进行分相，具 有线路简单、成本低廉、输出功率较大的优点，因而成为使用最多的控制方式。
2 步进电动机
步进电动机是一种把电脉冲转换成角位移的电动机。用专用的驱动电源向步 进电动机供给一系列的且有一定规律的电脉冲信号，每输入一个电脉冲，步进电 机就前进一步，其角位移与脉冲数成正比，电机转速与脉冲频率成正比，而且转 速和转向与各相绕组的通电方式有关。
第5章控制电机
杯形交流伺服电动机的结构 ( 内、外定子结构 )
杯形转子 可视为由 无数根金 属导体并 联而成。
3、交流伺服电动机的工作原理 ----同电容分相式单相异步电动机
励磁绕组串入电容C, 加入励磁电压U•f 产生电流 I•f
在控制绕组上加入控制电压U•c 产生正弦电流 I•c
（4）功率小 ——— 通常为零点几瓦几十瓦；
（5）运行稳定 —— n在 (0 n0之间连续稳定运行； （6）起动电压小 — Ust= UN(3 。
2.交流伺服电动机的结构 ---亦称为两相异步电动机
交流伺服 电动机
• IC
U•C WC
定子
定子铁心 定子绕组
内定子 —减小主磁路的磁阻 （杯形转子）
直流伺服电动机和交流伺服电动机的区别： 1.交流机特性软。直流机的特性硬。 2.交流机结构简单。直流机的结构复杂，有电磁干扰。 3.交流机功率小。直流机的功率大。
5.2 测速发电机
--将转速变为电压信号。用于测量和调节转速的场合。U = Kn 一、 交流测速异步发电机 交流测速异步发电机的结构类似杯形转子伺服电动机 1. 交流测速异步发电机的工作原理
RL
二、 直流测速发电机
直流测速发电机的结构同小型他励直流发电机
+
If
Uf
Ia
GE
--
+ Ua----电枢电压
Ua
RL Uf----直流励磁电压
-
-
n
1. 空载特性（RL=）
UaO = E =Ken = Cen 2. 输出特性（RL）
Ua = E - IaRa Ia = Ua / RL
电机及拖动基础(第5版)课件：控制电机
电动机立即停转。保证了电动机无“自转”
现象，所以直流伺服电动机是自动控制系 统中一种很好的执行元件。
电枢控制
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
一、直流伺服电动机
特
机械特性
n UC Ra T Ce CeCT 2
性
调节特性 T一定时的n=f(Uc)
交流伺服电动机的原理图
自转现象：
当转子转动起来以后，控 制信号消失，即断开控制 绕组，变成单相时，电动 机仍然能够转动。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
“自转”的消除：增加伺服电动机的转子电阻。
变成单相后，电磁转矩>0, 与转速的方向相同，电动 机仍然能够转动。
变成单相后，电磁转矩<0, 与转速的方向相反，制动 作用，电动机立即停传。
不同T时的调 特族是线性的
与他励 直流电 动机改 变电枢 电压时 的人为 机特相 似。
不同Uc时的机 特族是线性的
始 动 电 T1 压
T一定 Uc越大 n越高
控制电压UC越大，则n=0时对应 的起动转矩T也越大，越利于起动。
控制电压UC<始动电压Uc0，电 动机不转—“失灵区”。同样的 T下，失灵区越小，灵敏度越高。
生一个旋转电动势Erq，其有效值为：
Erq CqΦd n
转子绕组中将产生
交流电流Irq
Irq产生 Φq ( kErq )
略电抗， 两者同相
E2 4.44 f1N2KN2Φq 即 E2 C1n
结论：异步测速发电机输出 绕组N2中所产生的感应电动 势E2的大小与转速n成正比。
《电机及拖动基础》(第5版) 控制电机
自控系统对测发的主要要求：
步进电机控制方案
步进电机控制方案1. 引言步进电机是一种常见的电动机，其特点是精准度高、扭矩稳定、可控性强等。
在许多应用中，需要对步进电机进行控制，以实现精准定位、旋转控制等功能。
本文将介绍步进电机的控制方案，并提供示例代码和运行结果。
2. 步进电机工作原理步进电机是一种定角度运动的电机，其工作原理基于磁场变化导致的转动。
步进电机由转子和定子组成，转子上有一系列的磁极，定子上有一组电枢。
通过依次通电给定子上的电枢，使得磁场依次在转子上形成，从而实现转子的连续旋转。
3. 步进电机控制方案步进电机的控制方案主要包括驱动器和控制器两部分。
驱动器用于控制步进电机的转动，控制器用于更精确地控制电机的运转。
3.1 驱动器选择常见的步进电机驱动器有两相、三相和四相驱动器。
根据实际应用需求，选择适合的驱动器可以提高电机的性能和效率。
以下是常见的驱动器选择情况：•两相驱动器：适用于低速应用，价格较低，但扭矩输出相对较低。
•三相驱动器：适用于高速和高扭矩应用，价格相对较高，但性能更好。
•四相驱动器：适用于中等速度和扭矩要求的应用。
3.2 控制器设计在步进电机控制中，控制器的设计是至关重要的。
控制器需要实现以下功能：•步进电机的速度控制：控制脉冲信号的频率和宽度，可以实现步进电机的高速或低速运动。
•步进电机的方向控制：控制脉冲信号的方向，可以实现步进电机的正转或反转。
•步进电机的位置控制：根据应用需求，设定目标位置和运动方式，通过控制脉冲信号的数量和频率，控制步进电机到达目标位置。
通常情况下，可以使用单片机或专用控制器来设计步进电机的控制器。
以下是一个简单的步进电机控制器的伪代码示例：def step_motor_control(target_position):current_position = 0while current_position != target_position:if target_position > current_position:# 正转move_forward()current_position += 1else:# 反转move_backward()current_position -= 1delay(1) # 控制电机运动速度4. 示例代码下面是一个使用Arduino控制步进电机的示例代码，该代码实现了步进电机的转动和控制：#include <Stepper.h>const int stepsPerRevolution = 200; // 步进电机每转的步数Stepper stepper(stepsPerRevolution, 8, 9, 10, 11); // 步进电机驱动器引脚void setup() {stepper.setSpeed(100); // 设置步进电机转速}void loop() {// 顺时针旋转一个圈stepper.step(stepsPerRevolution);delay(1000);// 逆时针旋转半个圈stepper.step(-stepsPerRevolution / 2);delay(1000);}5. 运行结果通过运行上述示例代码，可以实现步进电机的转动和控制。
步进电机控制方法
步进电机控制方法步进电机是一种将电信号转换为精确的机械运动的特殊电机。
由于其高精度、可控性和稳定性，步进电机广泛应用于许多领域，如工业自动化、医疗仪器、机器人技术等。
本文将讨论步进电机的控制方法，在这些方法中，人们可以实现对步进电机的精确控制和位置控制。
首先，我们来介绍步进电机的基本工作原理。
步进电机的转子由永磁体或由电磁铁组成，通常与定子上的绕组相互作用。
当绕组依次激励时，电机的转子会按照一定的角度顺序旋转。
每次激励的脉冲将使转子转动一个固定的角度，称为步长。
因此，通过正确控制脉冲信号的频率和顺序，我们可以精确地控制步进电机的运动。
步进电机的控制方法主要分为开环控制和闭环控制。
开环控制是最简单的一种方法，通过给步进电机提供一系列的脉冲信号来控制其转动。
这些信号的频率和脉冲宽度决定了电机的转速和位置。
开环控制方法适用于需要较低精度和较简单控制的应用，例如简单的运动控制和位置复位。
闭环控制方法则更加复杂，但也更加精确。
闭环控制通过使用编码器或其他位置传感器来监测步进电机的实际位置，并将其与期望位置进行比较。
根据比较结果，控制系统将调整脉冲信号的频率和脉冲数量，以使电机达到期望的位置和运动状态。
闭环控制方法适用于需要高精度和复杂运动控制的应用，例如精密仪器和机器人。
除了开环控制和闭环控制之外，还有其他一些常用的步进电机控制方法。
例如，微步控制方法可以进一步提高步进电机的分辨率。
微步控制通过将每个步进脉冲细分为更小的微步脉冲，从而将电机的角度控制能力提高到更高的级别。
这种方法通常需要更先进的控制电路和算法。
此外，还有一些高级的控制方法，如矢量控制和感应控制等。
矢量控制方法通过同时控制步进电机的多个绕组来实现更复杂的运动模式，提高电机的性能和动态响应能力。
感应控制方法则利用感应原理，通过识别转子位置和磁场变化来控制电机运动。
这些高级控制方法在某些特定的应用领域中具有重要意义，但通常需要更复杂的控制算法和硬件实现。
6.1控制电机应用
1、幅值控制 控制电压和励磁电压保持相位差90°，只改变控制电压 的幅值，这种控制方法称为幅值控制。
图a（交流伺服电机工作原理图）即为幅值控制时伺服电 动机的控制接线图，使用时只控制电压的幅值在额定值与零 之间变化和励磁电压的幅值为额定值不变，仅改变 控制电压与励磁电压的相位差来改变交流伺服电动机转速， 这种控制方式称为相位控制。 设控制电压和励磁电压的相位差为β，β在0°～90°范 围变化。 相位控制时的电路图如图a(交流伺服电机工作原理图) 3、幅值—相位控制 幅值-相位控制是指对幅值和相位差都进行控制，通过改 变控制电压的幅值及控制电压与励磁电压的相位差来控制交 流伺服电动机的转速。
子任务1
直流伺服电动机认识与应用
一、 基本结构与工作原理 直流伺服电动机按照励磁方式的不同，可分为电磁式和永 磁式。
直流伺服电动机的控制方式有两种：电枢控制和磁 场控制。
1、电枢控制
Uc
电枢控制是指磁场绕组加恒 Ic 定励磁电压，电枢绕组加控制电 压。 M 当负载转矩恒定时，电枢的 I f Ea 控制电压升高，电动机的转速就 升高；反之，减小电枢控制电压， 电动机的转速就降低。 Uf 改变控制电压的极性，电动 机就反转；控制电压为零，电动 电枢控制方式的直流伺服电动机图 机就停转。
Tem
2、直流伺服电动机的调节特性
直流伺服电动机的调节特性是指电磁转矩恒定时，电动 机的转速随控制电压的变化关系: n f(Uc )
调节特性也称为控制特性。 n 当转速为零时，对应不 同的电磁转矩可得到不同的 启动电压 U CO ：
U co RT CT Φ
Uc
T2 T1 0
T 0
当励磁绕组和控制绕组均 加互差90°电角度的交流电压 时，在空间形成圆形旋转磁场 （控制电压和励磁电压的幅值 相等）或椭圆形旋转磁场（控 制电压和励磁电压幅值不等）， 转子在旋转磁场作用下旋转。
控制用电机
例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电 流的相量关系如图所示。
U
I1 UC
U1
U1
1
I1 U
励磁绕组的接线
U C
控制信号
检 放 I2
U
测 元
大
U 2
件器
控制绕组的接线
控制电压 电源电压
U
U
2
与 两
者频率相同，相
位相同或反相。
工作时两个绕组中产生的电流 I1 和 I2 的相
位差近90°，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场
当发送机的转子转动一个角度后，
'
。两电机 绕
组中的各相电动势不再平衡，因而产生电流，在磁场
的将产生转矩。总是力图使两转子的位置趋向一致。
接收机的转子在转矩的作用下产生了随动动作，直
至 ，' 实现了转角随动的作用。
发送机
接受机
二. 控制式自整角机（转角变为电压）
控制式自整角机又称为变压器式自整角机。发送机
概述：
前面介绍的异步电动机等都是作为动力使用的， 其主要任务是能量转换，例如将电能转换为机械能 。本章介绍控制电机。
控制电机的主要功能是转换和传递信号。
如：伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速； 控制式自整角机将转角转换为电压信号。 力矩式自整角机将转角转换为转角信号
对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、
s1 0 s2 2
T1（正向）
正
s1 s2 1
转
反
T2（反向）
合成转矩
s1 2
s
转
s2 0
起动转矩
为零。
sm R2 / X 20
T
K
R22
步进电机控制入门讲解
步进电机控制入门步进电机入门控制讲解1.步进电机结构-混合式步进电机2.细分控制原理3.H桥驱动方法驱动 L6205为例4.矢量控制5.加减速度控制6.衰减模式细分控制原理1.在一步中，二个线圈给不同的电流形成的合力的夹角，就形成了步进电机转子转动的角度，来达到细分的目的。
2.如果单纯给脉冲一个脉冲只能走一步，然后停下来，在一个新的平衡位置。
3.不断的给这二个线圈加以相位90度的正弦波，步进电机就开始转动起来了。
（以二相4拍混合式步进电机为例，三相相差120度）二相四拍步进电机驱动波形步进电机控制入门步进电机控制入门4相8拍驱动波形步进电机控制入门步进电机控制入门1.L6205+L6506 才能恒流驱动2.恒流驱动的好处就是慢速的时候基本不受电机电感的影响，使得微步距比较均匀。
3.当然为了降低成本直接采用H桥也是可行的。
4.下面就以L6205为例 SPWM控制5.右图正弦波就代表 PWM占空比的多少6.占空比为100 和0%时为最大力矩 50%电流为0 SIN-SIN =》SIN 原理高电平减去低电平时导通的电流就是此时的电流。
然后将这个占空比依次调整为按正弦变化。
7.L6205已经包含1US死区，如果是其它MOS需要插入死区以免H桥损坏。
矢量控制1.V1 V2 最高速度？为总行程的 1/3 少或更少根需要还有负载情况2.V3 什么时候减速？加速多少减速多少。
这要根据负载情况3.关于负载的计算这里举例克服摩擦做功的例子步进电机启动频率1.步进电机空载启动频率一般可以到 1KHZ2.但是根据带负载的不同会有所降低需要实际测试。
3.下面是计算方法4.为了快速平稳到达目标位置过低太慢，过高失步。
要适中。
加减速度控制1.用计算机计算查表方法计算快速2.根据需要采用离散法对S曲线拟合。
为方便使用已经整理成上位机软件。
步进电机加速控制1.步进电机多数矩频特性也就是力矩曲线就指数下降型2.那么我们加用加速曲线也应该用指数曲线型低数加速快，高速加速慢3.为了获得更好的刹车效果可以将指数曲线优化稍微像一个S型4.带负载启动时要比启动频率低，正常运转又要比最高频率低。
第9部分控制电机-PPT精品
RL=
RL1 RL2
0
n
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值得注意的是，由于直流电机中存在着电 枢反应现象，使得输出电压U2与转速n 有一定 的线性误差。 RL越小、n 越大，误差越大。因 此，在使用中应使RL和 n的大小符合直流测速 发电机的技术要求。
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9.4 步进电动机
上式中代入： I 2
U2 RL
于是 U 2
Байду номын сангаас
K EΦ 1 Ra
n
RL
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可见，当励磁电压U1保持恒定时（ 亦恒
定），若Ra、RL不变，则输出电压U2的大小与 电枢转速 n 成正比。这样，发电机就把被测装 置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制
系统。
U2 RL2<RL1
对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、 重 量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。
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9.1 伺服电动机
伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输 入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角 速度，驱动控制对象。
伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控 制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。 伺服电动机可分为两类：
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闭环控制系统（反馈控制系统）的各个基 本环节如下图所示：
控制指令
给 定
Ug +
放 Ud 大
执 行
控 制
被调量
元 件
–
元
元
对
件
件
象
Uf
检测元件
系统中各部分的作用如下： 给定元件——把控制指令变成给定值。它
步进电机控制方法
步进电机控制方法
步进电机是一种常用的电动机，它通过控制电流脉冲的频率和方向来实现旋转运动。
下面将介绍几种常见的步进电机控制方法。
1. 单脉冲控制：这种方法简单直接，通过给步进电机施加一个脉冲信号来控制其步进角度，每个脉冲代表一个步进角度。
但是由于只控制脉冲的频率和方向，无法准确控制电机的位置。
2. 双脉冲控制：这种方法在单脉冲控制的基础上，加入了一个脉冲信号来标记零点位置。
通过控制脉冲信号的频率和方向，可以实现步进电机的精准定位。
但是双脉冲控制需要额外的硬件电路支持，复杂性较高。
3. 微步进控制：微步进控制是一种更加精细的步进电机控制方法。
它通过改变脉冲信号的宽度和相位来控制电机的旋转角度，可以实现更高的分辨率和平滑的运动。
但是微步进控制需要更复杂的电路和算法支持。
除了以上几种常见的步进电机控制方法外，还有其他的一些高级控制方法，如闭环控制、矢量控制等，用于实现更精确的控制效果。
具体选择哪种控制方法，可以根据实际应用需求和成本考虑。
第8章 控制电机 《电机学(少学时)》课件
(3)三相六拍运行
图8-17 转子为永磁式的 步进电动机
(3)三相六拍运行
(3)三相六拍运行
图8-18 步进电动机的矩角特性
a) =f( ) b) -π到π
—定子1
—转子1号、2号和Q号齿
8.4 测速发电机
1.直流测速发电机 2.同步测速发电机和脉冲测速发电机 3.交流异步测速发电机
1.直流测速发电机
8.6 自整角机
图8-32 自整角机的变压器式运行
8.6 自整角机
图8-33 两台自整角机和一台差动式自整角机组成的同步联系装置 a)装置的接线图 b)差动式接收机中由定子电流所产生的磁动势
1— →∞时 2—电感负载
3.交流异步测速发电机
8.5 旋转变压器
图8-25 旋转变压器示意图
8.5 旋转变压器
8.5 旋转变压器
图8-26 正弦旋转变压器 a)空载时 b)负载时
8.5 旋转变压器
8.5 旋转变压器
8.5 旋转变压器
8.5 旋转变压器
图8-27 旋转变压器中交轴磁场的补偿 a)二次侧补偿 b)一次侧补偿
第8章 控制电机 《电机学（少学时 ）》课件
第8章 控制电机
8.1 控制电机的特点和分类 8.2 伺服电动机 8.3 步进电动机 8.4 测速发电机 8.5 旋转变压器 8.6 自整角机
8.1 控制电机的特点和分类
1.控制电机的特点 2.控制电机的分类
1.控制电机的特点
(1)高可靠性 由于控制电机的可靠性，在很大程度上决定着整 个控制系统的可靠性，所以控制电机在机械上应有较强的抗冲 击能力、防爆或密封性好，尽可能做到无刷、无滑动触点，电 磁干扰小、抗干扰能力强，噪声小。 (2)高精度 由于控制电机的精度直接决定着整个系统的精度， 为此要求在测量、信号传递或转换时，具有较高的分辨能力(对 机械转角信号达到角秒级，线性位移信号达到微米级，对电气 信号达到毫伏级)；各种特性具有良好的线性度；尽量小的静态 和动态误差，能降低或消除环境温度、电源频率变化等因素对 各种特性的影响。 (3)高灵敏度 即具有快速的响应能力。
伺服电机控制方法
伺服电机控制方法伺服电机是一种广泛应用于自动控制领域的电动机，它具有定位精度高、响应速度快、控制精度高等优点。
在伺服电机的控制中，常用的方法主要有位置控制、速度控制和力控制。
首先，位置控制是伺服电机控制中最常见的一种方法。
位置控制是指通过控制伺服电机的输出位置来实现对被控物体的位置控制。
在实际应用中，一般会使用编码器等位置传感器来实时测量伺服电机的位置，然后通过控制器根据设定的目标位置来调整伺服电机的输出位置。
常见的位置控制算法有比例控制、积分控制和微分控制等。
比例控制是根据当前位置与目标位置之间的差距来调整电机的输出位置，其控制效果较简单，定位精度可能有所欠缺；积分控制则会考虑到位置误差的累计信息，通过积分项来修正输出位置，提高定位精度；微分控制则会根据位置误差变化的速率来调整输出位置，以减小位置震荡，提高稳定性。
其次，速度控制是伺服电机的另一种常用控制方法。
速度控制是指通过控制伺服电机的输出速度来实现对被控物体的速度控制。
与位置控制类似，速度控制也需要通过传感器实时测量电机的输出速度，然后通过控制器根据设定的目标速度来调整伺服电机的输出速度。
常见的速度控制算法有比例控制、积分控制和微分控制等。
与位置控制类似，比例控制是根据当前速度与目标速度之间的差距来调整电机的输出速度，积分控制则会考虑到速度误差的累计信息，通过积分项来修正输出速度，微分控制则会根据速度误差变化的速率来调整输出速度。
最后，力控制是伺服电机的另一种常见控制方法。
力控制是指通过控制伺服电机的输出力来实现对被控物体的力控制。
在一些特殊的应用中，需要对被控物体的力进行精确控制，此时可以采用力控制方法。
常见的力控制方法主要有阻抗控制、力矩控制和力传感器反馈控制等。
阻抗控制是将伺服电机设置为柔顺的力传递装置，根据被控物体的接触力来调整电机的输出力；力矩控制则是根据被控物体受力情况来调整电机的输出力矩；力传感器反馈控制则是通过在被控物体上安装力传感器，实时测量受力情况，并根据测量结果来调整电机的输出力。
11章 控制电机及其应用
交流伺服电动机的控制方式
交流伺服电动机有三种控制方式，它们分别 是幅值控制、相位控制和幅相控制。
▪ 幅值控制：控制电压和励磁电压保持相位差90度， 只改变控制电压幅值来改变电动机转速。
▪ 相位控制：相位控制时控制电压和励磁电压均为 额定电压，通过改变控制电压和励磁电压相位差， 实现对伺服电机的控制。（较少采用）
低惯量型直流伺服电动机
▪ 盘式电枢直流伺服电动机 ▪ 空心杯电枢永磁式直流伺服电动机
➢ 结构：由一个外定子和一个内定子构成定子磁 路
➢ 外定子由永久磁铁组成 ➢ 内定子由圆形软磁材料制成，作为磁路一部分，
以减小磁路磁阻。 ➢ 转子由空心杯电枢构成。
▪ 无槽电枢直流伺服电动机
直流伺服电动机的控制方式
子。
交流伺服电动机原理
图1中的励磁绕组We与电容C串联，与单相异步电动 机相似，电容C起分相作用。适当选择电容值，可使励磁 电压Ue 相位超前电源电压U ，而控制电压Uc 与电源电压 U的频率和相位相同。这样，控制电压与励磁电压之间存 在相位差，相应地，控制电流与励磁电流之间也存在相位 差。于是，在时间上有相位差的控制电流和励磁电流，分 别流经在空间上有相位差的控制绕组和励磁绕组，便会建 立一个旋转磁场，使转子产生电磁转矩并旋转。
三相双三拍运行和三相六拍运行在通电切换过程中始终保持 有一相持续通电，力图使转子保持原位，因而起到一定的阻尼作用 ，转子运行较平稳。单三拍运行则没有这种作用，切换瞬间，转子 失去自锁能力，平稳性较差。
以上所述是简单的三相反应式步进电动机的工作原理，由于 其步距角很大(30°或60°)，故满足不了系统精度的要求。实际的 步进电动机转子齿数很多，且定子磁极上也带有小齿，可以将步距 角变得很小，详细说明可参阅相关控制电机的资料。
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控制电机10.1伺服电动机10.2测速发电机10.4步进电动机本章介绍的各种控制电机的主要任务是转换和传递控制信号，能量的转换是次要的。
控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种:伺服电机、测速电机、自整角机、步进电机。
各种控制电机有各自的控制任务：如: 伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱动控制对象；测速发电机将转速转换为电压，并传递到输入端作为反馈信号。
步进电动机将脉冲信号转换为角位移或线位移。
对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。
10.1伺服电动机伺服电动机又称执行电动机。
其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。
伺服电动机可控性好，反应迅速。
是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。
伺服电动机可分为两类：交流伺服电动机直流伺服电动机10.1.1交流伺服电动机交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。
它的定子上装有空间互差90 的两个绕组：励磁绕组和控制绕组，其结构如图所示。
励磁绕组控制绕组杯形转子内定子交流伺服电动机结构图放大器检测元件控制信号2U 2I +–U+–控制绕组励磁绕组UCU 1I 1U +++–––1励磁绕组串联电容C , 是为了产生两相旋转磁场。
适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90︒,从而产生所需的旋转磁场。
交流伺服电动机的接线图和相量图(a ）接线图ϕ1U CU 1I 1U (b) 相量图工作时两个绕组中产生的电流和的相位差近于90º，因此便产生两相旋转磁场。
在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。
1I 2I 控制电压与电源电压频率相同，相位相同或反相。
2U U 放大器检测元件控制信号2U 2I +–U+–控制绕组加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励磁电压不变)，由于旋转磁场的旋转方向发生变化，使电动机转子反转。
交流伺服电动机的特点：在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。
不同控制电压下的机械特性曲线n =f (T ),U 1=常数Ton交流伺服电动机的机械特性如图所示。
在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的下降，特性曲线下移。
在同一负载转矩作用时，电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。
应用:交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。
它的应用很广泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中。
10.1.2直流伺服电动机直流伺服电动机的结构与直流电动机基本相同。
只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。
直流伺服电动机的工作原理也与直流电动机相同。
供电方式：他励供电。
励磁绕组和电枢分别由两个独立的电源供电。
U1为励磁电压，U2为电枢电压M U1I1I2U2放大器U++––直流伺服电动机的接线图由机械特性可知：(1) 一定负载转矩下，当磁通ϕ不变时，U 2↑→n ↑。
(2) U 2=0时，电机立即停转。
电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。
直流伺服电机的机械特性与他励直流电机相同一样，也可用下式表示T K K R K U n T E E 2a 2ΦΦ-=机械特性曲线如图所示。
直流伺服电动机的n=f (T )曲线(U 1=常数)nTO应用：直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。
通常应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。
直流伺服电机输出功率一般为1-600W 。
10.2测速发电机测速发电机是一种转速测量传感器。
在许多自动控制系统中，它被用来测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。
测速发电机分为交流和直流两种类型。
10.2.1交流测速发电机交流测速发电机又分为同步式和异步式两种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作原理。
••••1转子定子励磁绕组输出绕组异步式交流测速发电机的结构与杯形转子交流伺服电机相似，它的定子上有两个绕组，一个是励磁绕组，一个是输出绕组。
输出绕组2U +–励磁绕组1U 1I 1Φ+–10.2.1交流测速发电机工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电源U 1，由U 1 ≈4.44 f 1N 1Φ1 可知：11U ∝Φ当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转子切割Φ1产生转子感应电势E r 和转子电流I r ，它们的大小与Φ1和转子转速n 成正比：nE I 1r r Φ∝∝转子电流I r 也产生磁通Φr ，Φr 在输出绕组中感应出电压U 2 ，U 2的大小与Φr 成正比：r2Φ∝U 综合上述分析可知：nU n U 112∝∝Φ当U 1恒定不变时，U 2与n 成正比，这样，发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制系统。
由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测速发电机的输出电压U 2与n 间存在着一定的非线性误差，使用时要注意加以修正。
10.2.1直流测速发电机直流测速发电机分永磁式和他励式两种。
两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻R L 。
但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服电机相同，工作时励磁绕组加直流电压U 1励磁。
他励式直流测速发电机接线图TG R LI 2U 2+–R a +–E I 1U 1+–当被测装置转动轴带动发电机电枢旋转时，电枢产生电动势E ，其大小为：nK E E Φ=发电机的输出电压为：2a 2a 2 I R n K I R E U E -Φ=-=上式中代入：L22R U I =于是n R R ΦK U E L2a 1+=可见，当励磁电压U 1保持恒定时（Φ亦恒定），若R a 、R L 不变，则输出电压U 2的大小与电枢转速n 成正比。
这样，发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制系统。
0nU 2R L2<R L1R L =∞R L2R L1值得注意的是，由于直流电机中存在着电枢反应现象，使得输出电压U与转速n 有一定2越小、n 越大，误差越大。
因的线性误差。
RL此，在使用中应使R和n的大小符合直流测速L发电机的技术要求。
10.4步进电动机特点:(1) 来一个脉冲，转一个步距角。
(2) 控制脉冲频率，可控制电机转速。
(3) 改变脉冲顺序，可改变转动方向。
步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。
每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。
区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。
种类：励磁式和反应式两种。
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。
三相反应式步进电动机的原理结构图如下：ABCI AI BI C 定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。
转子有四个齿。
定子转子1.三相单三拍CA 'BB 'C 'A 3412A 相绕组通电，B 、C 相不通电。
由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A 、A′极对齐。
CA 'BB 'C 'A 同理，B 相通电时，转子会转过30︒角，2、4齿和B 、B ´磁极轴线对齐；当C 相通电时，转子再转过30︒角，1、3齿和C ´、C 磁极轴线对齐。
C 'CA 'BB 'A这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。
按A→B →C →A→……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。
每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过90°(一个齿距角)。
2. 三相六拍按A→AB →B →BC →C→CA的顺序给三相绕组轮流通电。
这种方式可以获得更精确的控制特性。
CA 'BB 'C 'A 3412CA 'BB 'C 'A A 相通电，转子1、3齿与A 、A ' 对齐。
A 、B 相同时通电，A 、A ' 磁极拉住1、3齿，B 、B ' 磁极拉住2、4齿，转子转过15 ，到达左图所示位置。
CA 'BB 'C 'A B 相通电，转子2、4齿与B 、B ´对齐,又转过15︒。
CA 'BB 'C 'A B 、C 相同时通电，C ' 、C 磁极拉住1、3齿，B 、B ' 磁极拉住2、4齿，转子再转过15︒。
三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：A→AB →B →BC →C→CA，每个循环周期分为六拍。
每拍转子转过15︒（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90︒(齿距角)。
与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。
3. 三相双三拍按AB →BC→CA的顺序给三相绕组轮流通电。
每拍有两相绕组同时通电。
AB 通电CA 'BB 'C 'A BC 通电CA 'B B 'C 'ACA 通电CA 'B B 'C 'A与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。
每拍转子转过30︒(步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90︒(齿距角)。
从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：mZ r 360︒=θθ—步距角Z r —转子齿数m —每个通电循环周期的拍数实用步进电机的步距角多为3︒和1.5︒。
为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的，如教材图10.4.4所示。
图中转子表面有40个齿，齿距角是9 ；定子仍是6个磁极，但每个磁极表面加工有五个和转子一样的齿。
应用：步进电动机的应用非常广泛，如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。