直流伺服电机及其驱动技术介绍
直流伺服电机专题讲解(最新版)
得
为特性曲线的斜率； 为由负载阻转矩决定的常数。
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调节特性为一上翘的直线。
Ua0 –始动电压 K1 – 特性斜率
图1-4 直流伺服电动机的调节特性
31
（1） Ua0和k1的物理意义
•
始动电压Ua0： Ua0是电动机处在待动而又未动临界
状态时的控制电压。
由
，当n=0时，便可求得
由于
，即负载转矩越大，始动电压越高。而且控制
复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。
If
Ia
If
Uf M U U
MU
MU
M
他励
并励
串励
复励
7
二、 工作原理
电刷
+ U
N I
I
–
S
换向片
直流电源
电刷
换向器
线圈
8
电刷
+ U
F N
I
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。
Te=TL+ T0
23
1.2.2 运行特性
•伺服电动机的运行特性包括机械特性和调节特性。
1. 机械特性
机械特性是指电枢电压等于常数时，转速与电磁
转矩之间的函数关系，即
。
把
代入式
得
,为理想空载转速；
,为直线的斜率。
24
1.2.2 运行特性
机械特性为一直线 n0 -- 理想空载转速 TK-- 堵转转矩 k Δn --直线斜率
直流伺服电机的控制与驱动
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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。
（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
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
交流伺服电机、步进电机、直流伺服电机介绍
交流伺服电机的缺点
• 控制较复杂 • 驱动器参数需要现场调整
– PID参数整定
• 需要更多的连线
驱动器（放大器）工作原理（续）
伺服放大器结构框图
电流PWM控制
• 脉宽调制技术（三角波、正弦波） • 非低噪音模式
驱动器
• 步进电机驱动器（Indexer） • 接受脉冲信号控制绕组电流；环形分配
Torque
IA = 1
IB = 1
P Q Angle
Figure : Rotation in a stepper motor is generated by alternately energizing and de-energizing the poles in the motor’s stator creating torque which turns the rotor.
C1
A2
交流伺服电机结构示意图
交流伺服电机工作原理
• 电子换相（VS 电刷换向）
• 磁极位置检测
霍尔传感器
将3个霍尔传感器装在定子上，各相差120度（不是空间 角度）均布在电机一端。
H1
H2
H3
States 101 100 110 010 011 001
如何放置霍尔传感器？
假设转矩曲线为梯形曲线
三相电流和力矩的关系
Ta
每一相有三个阶段:
• 正向电流 － 1/3 时
Ia
间
• 负向电流 － 1/3 时
Tb
间
• 没有电流 － 1/3 时
Ib
间
在三相中，总是：
Tc
• 一相正向电流
• 一相负向电流
Ic
• 一相没有电流
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。
直流伺服驱动器使用手册
直流伺服驱动器使用手册第一章引言1.1 背景直流伺服驱动器是一种用于控制直流电机运动的设备。
它能够通过给定的电信号控制电机的转速和位置。
在工业自动化和机械控制领域，直流伺服驱动器被广泛应用于精确控制和定位任务中。
1.2 目的本使用手册的目的是为用户提供有关直流伺服驱动器的详细信息和操作指南，以便能够正确地安装、调试和操作该设备。
通过阅读本手册，用户将能够充分了解直流伺服驱动器的特性、工作原理和使用方法。
第二章设备概述2.1 设备组成直流伺服驱动器由多个组件组成，包括电源模块、控制模块、驱动模块和反馈模块。
这些模块相互配合，共同实现对直流电机的控制。
2.2 设备特性直流伺服驱动器具有以下主要特性：- 高精度控制：能够以微秒级的精度控制电机的转速和位置。
- 宽工作范围：支持多种电机规格和工作电压范围。
- 多种控制模式：支持速度控制、位置控制和力矩控制等多种控制模式。
- 可编程接口：提供丰富的接口和功能，用户可以根据需要进行自定义编程。
- 高可靠性和稳定性：采用先进的电路设计和保护机制，确保设备的可靠性和稳定性。
第三章安装和接线3.1 安装要求在安装直流伺服驱动器之前，用户需要确保以下条件满足：- 安装环境应具备良好的通风和散热条件。
- 安装位置应符合设备的空间要求和连接线的长度要求。
- 电源电压和频率应符合设备的规格要求和电网的供电标准。
3.2 接线方法根据直流伺服驱动器的接线图和用户手册提供的接线指南，用户可以按照以下步骤进行接线：1. 确定电源线的连接位置，并将其与电源模块的输入端子相连。
2. 根据需要，将控制信号的输入和输出线连接到控制模块的相应端子。
3. 将电机的电源和反馈信号线连接到驱动模块和反馈模块的相应端子。
4. 检查所有接线是否牢固，确保没有接错线或接反问题。
第四章调试和操作4.1 调试步骤在正确安装和接线后，用户需要进行调试和配置直流伺服驱动器，以确保其正常工作。
以下是一般的调试步骤：1. 检查设备的电源是否正常开启，并检查所有开关和指示灯的状态是否正常。
直流伺服电机驱动原理
直流伺服电机驱动原理
直流伺服电机驱动原理是通过控制电流的方向和大小来实现驱动电机转动的方法。
驱动电机的关键是控制电机的转矩和角度，以实现精确的位置控制。
直流伺服电机是一种能够将电能转换为机械能的电动机。
它由电机本体和驱动器两部分组成。
驱动器负责控制电机的转动，根据输入的信号，通过改变电机的电流和电压来实现电机的转向、转速和位置控制。
在直流伺服电机驱动原理中，首先需要通过传感器获取电机的位置信息。
常见的传感器包括编码器、霍尔传感器等，它们能够实时监测电机转动的位置和速度。
驱动器根据传感器提供的反馈信号，采用闭环控制的方式，不断调整电机的输出电流，使其与期望的位置保持一致。
闭环控制通常采用PID控制算法，根据电机的位置误差、速度误差
和加速度误差来调整输出电流，使电机快速而准确地达到期望位置。
为了控制电机的转向，驱动器会改变电流的方向。
当电流通过电机时，会在电机的电枢产生一定的磁场，根据洛伦兹力定律，磁场与电枢的位置关系决定了电机产生的力矩方向。
通过改变电流的方向，可以改变电机的转向。
此外，驱动器还会根据需要改变电流的大小，以控制电机的转速和输出转矩。
根据欧姆定律，电流与电机的转速和输出转矩
之间存在线性关系。
通过改变电流的大小，可以控制电机的转动速度和输出转矩大小。
总之，直流伺服电机驱动原理通过控制电流的方向和大小，结合传感器的反馈信号和闭环控制算法，实现对电机转动的精确控制。
这种驱动方式在工业自动化控制、机器人技术、医疗设备以及航空航天等领域广泛应用。
直流无刷伺服电机原理
直流无刷伺服电机原理
直流无刷伺服电机是一种采用电子驱动控制的电机，其工作原理是通过电子控制器根据传感器信号调节电机的电流和位置，以实现准确的运动控制。
无刷伺服电机由电机本体、传感器和电子控制器组成。
电机本体由一对永磁转子和定子组成，转子上的绕组通常是星型或Y 型的，定子上则安装有传感器。
在工作过程中，电子控制器根据传感器提供的位置反馈信号，计算出电机当前的位置误差，然后通过控制电流以及相位来驱动电机转子，使之运动到设定位置。
电子控制器通常采用PID
控制算法和反馈环来实现对电机的精确控制。
无刷伺服电机通过传感器提供的位置反馈信号实现闭环控制，可以实现较高的运动精度和稳定性。
同时，无刷伺服电机具有响应速度快、转矩大、寿命长、噪音低等特点，广泛应用于工业自动化、机械设备、航空航天等领域。
总之，直流无刷伺服电机通过电子驱动控制，根据传感器提供的位置反馈信号实现对电机的精确控制，具有高精度、高效率、高可靠性等优点，是现代自动化控制系统中常用的关键元件之一。
直流伺服电动机结构与工作原理
直流伺服电动机结构与工作原理一、引言直流伺服电动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、航空航天等领域有着广泛的应用。
了解直流伺服电动机的结构和工作原理对于掌握其控制技术和应用具有重要意义。
在本文中，将从深度和广度两个方面对直流伺服电动机的结构和工作原理进行全面探讨，并带您深入理解这一主题。
二、直流伺服电动机的结构1. 电机主体部分直流伺服电动机通常由电机主体部分、编码器、控制器和驱动器等组成。
电机主体部分包括定子和转子两部分。
其中，定子上绕有电磁线圈，而转子则由永磁体构成。
这种结构使得直流伺服电动机在工作时能够产生稳定的磁场，并具有较高的效率和响应速度。
2. 编码器编码器是直流伺服电动机的重要组成部分，它能够实时反馈电机转子的位置和速度信息，为电机控制提供准确的反馈信号。
常见的编码器类型包括绝对值编码器和增量编码器，它们各自具有不同的优势和适用场景。
3. 控制器和驱动器控制器是直流伺服电动机系统的“大脑”，负责接收输入信号并根据编码器反馈信息控制电机动作。
而驱动器则是控制器和电机之间的桥梁，将控制信号转化为电机驱动信号，从而实现对电机的精确控制。
三、直流伺服电动机的工作原理1. 电机控制直流伺服电动机的控制采用闭环控制系统，即通过控制器不断调整电机的输入信号，使得电机能够精确地跟踪设定的位置和速度。
在控制过程中，编码器实时反馈电机的状态信息，控制器根据反馈信息调整输出信号，实现对电机的精准控制。
2. 电机特性直流伺服电动机具有较高的动态响应能力和速度调节范围，能够在短时间内实现高速运动和精确停止。
这使得直流伺服电动机在要求较高的位置和速度控制场景中有着广泛的应用。
3. 工作原理总结直流伺服电动机在工作时，电机主体部分产生稳定的磁场，编码器实时反馈电机状态信息，控制器根据反馈信息调整电机控制信号，驱动器将控制信号转化为电机驱动信号，从而实现对电机的高精度控制。
四、个人观点和理解直流伺服电动机作为一种精密控制设备，具有高效、高精度、高可靠性的特点，被广泛应用于工业生产和自动化设备中。
伺服驱动方案
伺服驱动方案引言伺服驱动是指通过对驱动电机进行位置或速度的闭环控制，以实现对运动系统的精确控制。
它在自动化领域中广泛应用于机械手臂、数控机床、印刷设备等各种机电一体化设备中。
本文将介绍伺服驱动的基本原理、工作方式以及不同类型的伺服驱动方案。
基本原理伺服驱动的基本原理是通过传感器实时反馈运动系统的位置或速度信息，并与控制器设定的目标进行比较，通过调节输出信号驱动电机实现精确控制。
伺服驱动的核心组成部分包括电机、编码器、控制器和功率放大器。
电机负责将电能转化为机械能，编码器用于检测电机转动的准确位置或速度，控制器负责对编码器反馈的信息进行处理并生成控制信号，功率放大器则负责将控制信号转化为足够大的功率驱动电机。
工作方式伺服驱动的工作方式可以分为位置控制和速度控制两种。
位置控制位置控制是指通过控制驱动电机的位置，以实现对系统位置的精确控制。
在位置控制模式下，控制器会将编码器反馈的位置信息与设定的目标位置进行比较，并计算出位置误差。
然后根据位置误差，控制器会生成一个修正量，并将修正量作为控制信号发送给功率放大器，从而驱动电机按照设定的目标位置进行运动。
速度控制速度控制是指通过控制驱动电机的速度，以实现对系统速度的精确控制。
在速度控制模式下，控制器会将编码器反馈的速度信息与设定的目标速度进行比较，并计算出速度误差。
然后根据速度误差，控制器会生成一个修正量，并将修正量作为控制信号发送给功率放大器，从而驱动电机按照设定的目标速度进行运动。
伺服驱动方案根据应用需求和性能要求的不同，伺服驱动方案可以分为以下几种类型。
伺服电机驱动方案伺服电机驱动方案是应用最广泛的伺服驱动方案之一。
伺服电机驱动方案采用伺服电机作为执行器，在控制器的控制下实现对位置或速度的闭环控制。
伺服电机通常具有较高的精度和响应速度，适用于要求较高的运动控制应用。
步进电机驱动方案步进电机驱动方案是另一种常见的伺服驱动方案。
步进电机驱动方案采用步进电机作为执行器，在控制器的控制下实现对位置的开环控制。
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。
直流伺服驱动器使用手册
MMT- 直流伺服驱动器使用手册济南科亚电子科技有限公司直流伺服驱动器使用说明书一、概述：该伺服驱动器采用全方位保护设计，具有高效率传动性能：控制精度高、线形度好、运行平稳、可靠、响应时间快、采用全隔离方式控制等特点，尤其在低转速运行下有较高的扭矩及良好的性能，在某些场合下和交流无刷伺服相比更能显示其优异的特性，并广泛应用于各种传动机械设备上。
二、产品特征：◇PWM控制H桥驱动◇四象限工作模式◇全隔离方式设计◇线形度好、控制精度高◇零点漂移极小◇转速闭环反馈电压等级可选◇标准信号接口输入0--±10V ◇开关量换向功能◇零信号时马达锁定功能◇上/下限位保护功能◇使能控制功能◇上/下限速度设定◇输出电流设定功能◇具有过压、过流、过温、输出短路、马达过温、反馈异常等保护及报警功能三、主要技术参数◇控制电源电压AC：110系列：AC ：110V±10% 220系列：AC ：220V±10% ◇主电源电压AC：110系列：AC 40----110V 220系列：AC50---- 220V ◇输出电压DC：110系列：0—130V或其它电压可设定220系列：0—230V或其它电压可设定◇额定输出电流：DC 5A（最大输出电流10A）DC 10A（最大输出电流15A）DC 20A（最大输出电流25A）◇控制精度：0.1% ◇输入给定信号：0—±10V ◇测速反馈电压：7V/1000R 9.5V/1000R 13.5V/1000R 20V/1000R 可经由PC板内插片选定并可接受其它规格订制四、安装环境要求：◇环境温度：-5oC ~ +50oC ◇环境湿度：相对湿度≤80RH。
（无结露）◇避免有腐蚀气体及可燃性气体环境下使用◇避免有粉尘、可导电粉沫较多的场合◇避免水、油及其他液体进入驱动器内部◇避免震动或撞击的场合使用◇避免通风不良的场合使用五、电源输入说明该驱动系统分两路电源输入：即U1、V1为主电源输入，U2、V2为控制电源输入。
直流伺服电机及其驱动技术介绍共73页
谢谢！
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
直流伺服电机及其驱动技术介绍
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
▪
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毛坯轮廓曲线
y
钢板
A
B
C
o
x
x(t)
y(t)
t
轨迹跟踪系统 电机也必须有四象限运行能力
四象限运行能力是伺服电机与一般电机区别的一 个重要标志。
N
定子磁极
dT
dFr
电流流进 转子铁芯
电流流出
2
Fs
S
r s
dT dFr Fs sin( r s)
转矩的方向将使转子逆时针旋转。当转子旋转以后，夹角的变化将使转 矩的大小及方向都发生变化，这将使电机转子来回摆动。
要想维持电机单方向稳定转动，必须维持dFr的方向不变；使 r 保s 持
不变。 而且如果能使
T
J
d
dt
Tf
T
J、Tf
式中 T—电机转矩, 单位为[Nm]；
图2-30 Tf—负载转矩，单位为[Nm]；
J—电机转子及负载的转动惯量，单位为[Kgm∧2]； Θ—电机位置，单位为[rad]
电机的基本运动方程指出电机转矩、转速之间的关系。 在负载一定条件下，只有改变电机转矩才能改变电机转速。
反之，如果负载要求的加速度很小或负载 的转动惯量较小，即使负载转矩很大，也 可能小转矩的电机就能满足要求。
3. 伺服电机的四象限运行
T Ta Tc
Ta Tc Tc
Tc Ta Tc
Tc Ta
d
t
T J dt Tf
t
Ta J
Tc Tf
伺服系统常要图求2-伺31服电机即能正向运动，又能反 向运动；即能加速运动又能减速运动。这就要求 电机力矩的大小及方向都能改变。
当电机转矩大于负载转矩时，电机产生加速运动； 当电机转矩小于负载转矩时，电机产生减速运动； 当电机转矩等于负载转矩时，电机恒速运动。 电机及负载转动惯量是影响速度变化的另一主要因素
T
J
d
dt
Tf
负载的加速度要求和转动惯量对选择伺服 电机尺寸是很重要的。
如果要求负载以高加速度运动或负载的转 动惯量较大，即使负载转矩很小，也可能 需要大转矩的电机；
T Ta Tc
Ta Tc Tc
Tc Ta Tc
Tc Ta
T ,
T ,
正向减速运动
正向加速，匀速运动
t
制动状态
电动状态
T ,
T ,
T
t
反向加速，匀速运动 电动状态
反向减速运动 制动状态
图2-31
电机的这种力矩一速度关系可以4象限形图式2表-32示出来 电机在做正向或反向的加速或匀速运动时，力矩和速度的
T Fs Fr T Fs Fr sin(s r )
式中 Fs, Fr ——定、转子磁势的幅值； θs-θr ——定、转子磁势之间的夹角。 要想增大力矩，必须增大定、转子磁势。 当定子磁势与转子磁势相互垂直时，产生的转矩最大。 电机统一理论是所有电机工作的基础。
2．电机的基本运动方程
r s
2
即定子磁势和转子磁势相互垂直，则能得到最大转矩。
N
Fr
S
电枢有5个线圈，每个线圈 产生的磁势矢量相加得到 合成磁势。
合成磁势的方向依然随转 子旋转而改变。
这仅使电机力矩更大一些， 力矩的大小及方向改变的 问题依然存在。
假如我们在转子旋转时，
能通过电流换向，始终保
证电枢几何中性面以上的
第三章 伺服电机及其驱动技术
3.1 一般规律 3.2 直流永磁伺服电机及其驱动技术 3.3 交流永磁同步伺服电机及其驱动技术 3.4 直流无刷伺服电机及其驱动技术 3.5 两相混合式步进电机及其驱动技术
3.1 一般规律
1. 电机统一理论 2．电机的基本运动方程 3. 伺服电机的四象限运行
而铁芯线圈产生的磁通势遵循如下的关系式：
Fm=IW[安匝]
式中Fm—磁通势，或简称磁势； I—线圈中流过的电流； W—线圈匝数，或绕组匝数。
在同样铁芯下，线圈匝数越多，通过线圈的电流越大， 产生的磁通势越大。磁势的方向与线圈中的电流成右 螺旋关系。
磁势是即有大小又有方向的量，可用矢量表示。
电机统一理论指出：电机产生的转矩为
全部绕组端子为电流流进，
下面的绕组端子为电流流
Fs
出，就能保证转子合成磁 势的方向不变，且与定子
磁势垂直。
这个工作是由换向机构完 成的。
2
3
1
电流流进
3
电流流出
2
电流流进
4
电流流出
6
4
5
1
56Biblioteka 由于换向环和电刷的作用，当电枢旋转时，每一个经过电 刷的绕组，其电流的方向都被自动改变，转子的合成磁势 维持方向不变。这保证了在转子旋转时定子磁势和转子磁 势总是相互垂直。
它要求电机能提供方向及大小均可控制的转矩和 转速。
对伺服电机的基本要求
力矩和速度的可控性 快速响应能力 宽调速范围 较高的过载能力 具有频繁起、制动的能力
3.2 永磁直流伺服电机及其 驱动技术
1、永磁直流伺服电机的结构 2、永磁直流伺服电机的工作原理 3、永磁直流伺服电机的特性 4、功率放大器 5、电流回路和速度回路
力矩的波动
2
1
电流流进
3
电流流出
6
4
5
由于换向片的数目是有限的，转子磁势的方向会有微小的 变化。这将导致力矩的波动。
当电机高速旋转时，由于电机转子和负载惯量的平滑作用， 这个影响可以忽略。
但当电机工作在低速状态时，可能会产生问题。 可增加绕组、换向片或定子的极对数解决这个问题。
我们最终的目的是控制电机的转速和转矩， 以实现电机的四象限运行。
1、电机统一理论
伺服电机的定子和转子由永磁体或铁芯线圈构 成。
永磁体产生磁场，而铁芯线圈通电后也会产生 磁场。
定子磁场和转子磁场相互作用产生力矩，使电 机带动负载运动，从而通过磁的形式将电能转 换为机械能。
永磁体或铁芯线圈产生磁场的根源是存在着磁通势。
永磁体的磁通势是常量，大小由体积和材料导磁性能 决定，方向是由N极指向S极。
1、结构
由定子磁极、转子电枢和换向机构组成； 定子磁极一般为瓦状永磁体，可为两极或多极结构； 转子的结构有多种形式，最常见的是在有槽铁心内铺设绕
组的结构。铁芯由冲压成的硅钢片一类材料迭压而成； 换向机构由换向环和电刷构成。绕组导线连接到换向片上，
电流通过电刷及换向片引入到绕组中。
2. 工作原理
通过什么量控制转速和转矩？
要找出电枢电压、电流和转速、转矩的关 系。