直流伺服电动机
直流伺服电动机的分类
直流伺服电动机的分类
直流伺服电动机具有良好的启动、制动和调速特性，可以便利地在较宽的范围内实现平滑无级调速，故其常用在对伺服电动机的调速性能要求较高的设备中。
直流伺服电动机依据磁场励磁的方式不同，可以分为它励式、永磁式、并励式、串励式、复励式五种；按结构来分，可以分为电枢式、无槽电枢式、印刷电枢式、空心杯电枢式等；按转速的凹凸可分为两大类，高速直流伺服电动机和低速大扭矩宽调速电动机。
1.高速直流伺服电动机
高速直流伺服电动机又可分为一般直流伺服电动机和高性能直流伺服电动机。
一般高速它励式直流伺服电动机的应用历史最长，但是，这种电动机的转矩-惯量比很小，不能适应现代伺服掌握技术进展的要求。
2.低速大扭矩宽调速电动机
低速大扭矩宽调速电动机又称为直流力矩电机，由于它的转子直径较大，线圈绕组多，所以力矩大，转矩—惯量比高，热容量高，能长时间过载，不需要中间传动装置就可以直联丝杠工作；并且，由于没有励磁回路的损耗，它的形状尺寸比其它直流伺服电机小。
另外，低速大扭矩宽调速电动机还有一个重要的特点：低速特性好，能够在较低的速度下平稳运行，最低速可以达到1r/min，甚至达到0.1r/min。
1。
直流伺服电动机的主要功能用途
永磁直流电动机的结构同一般直流电动机相似，但电枢铁心长度对直径的比大些，但其，气隙较小，在相同功率的情况下，转子惯量较小。
小惯量直流电动机：小惯量直流伺服电动机具有较小的转动惯量，很适合于要求有快速响应的伺服系统，但其过载能力低，电枢惯量与机械传动系统匹配较差。小惯量直流伺服电动机主要有一下几种：无槽电枢电动机。无槽电枢直流伺服电动机的励磁方式为电磁式或永磁式，其电枢绕组用环氧树脂浇注成环形，空心电枢内外两侧均有铁心构成磁路。空心杯电枢直流伺服电动机用于需要快速动作的电气伺服系统，如在机器人的腕、臂关节及其他高精度伺服系统中作伺服电动机。
印制绕组电动机在圆形绝缘薄板上，印制裸露的绕组构成电枢，磁极轴安装，具有扇面极靴。印制绕组直流伺服电动机换向型好，旋转平稳，机电时间常数小，具有快速响应特性，低速运转性能好，能承受频繁的可逆运转，适应于低速和起动、反转频率的电气伺服系统，如机器人关节控制。
直流伺服电动机的主要功能用途
永磁式直流伺服电动机：永磁式直流伺服电动机是指以永磁材料获得励磁磁场的一类直流电动机。也叫大惯量宽调速直流伺服电动机。永磁式直流电动机具有体积小、转矩大、转矩和电流成正比、伺服性能好、反应迅速、功率体积比大、功率质量比大、稳定性好等优点。永磁式直流电动机能在较大过载转矩下长时间工作。它的转子惯量较大，可以直接与丝杠相连而不需要中间传动装置。永磁式直流电动机的缺点是需要电刷，限制了电动机转速的提高，一般转速为1000~1500r/min。在70~80年代，永磁直流电动机伺服系统是数控机床应用广泛的一种电气伺服系统。
伺服电机和直流电机的区别
伺服电机和直流电机的区别
伺服电机和直流电机是工业生产中常用的两种电动机，它们在工作原理、应用
场景、控制方式等方面存在一些区别。
本文将从几个方面详细介绍伺服电机和直流电机的区别。
工作原理
伺服电机是一种能够根据外部输入的控制信号，实现位置、速度、力矩等精确
控制的电动机。
其控制精度较高，通常配备有编码器用于反馈控制。
而直流电机是一种通过直流电流产生旋转力矩的电动机，通常只能实现基本的转速控制。
应用场景
伺服电机主要应用于对精确控制要求较高的系统中，例如机械加工、自动化生
产线等领域。
直流电机则广泛应用于家用电器、电动汽车等场合，其控制简单、成本低廉。
控制方式
伺服电机通过外部的控制器或者PLC等设备进行精确控制，可以实现闭环控制，控制精度高。
而直流电机通常采用PWM调速方式进行控制，控制精度相对较低。
结构特点
伺服电机通常内置有位置传感器或者编码器等装置，用于实时监测电机的位置。
直流电机结构相对简单，无需过多附件传感器。
性能表现
伺服电机在速度响应、位置精度、控制灵活性等方面表现更加出色，适用于对
控制精度要求高的场合。
直流电机则在功率密度、成本等方面具有优势，适用于大量普通驱动的场合。
综上所述，伺服电机和直流电机在工作原理、应用场景、控制方式、结构特点
以及性能表现等方面存在一定的区别，用户在选择电机时应根据具体的需求和应用场景来进行选型。
简述直流伺服电动机的工作原理
简述直流伺服电动机的工作原理直流伺服电动机是一种常见的电机类型，广泛应用于工业自动化控制、机器人、汽车、医疗设备等领域。
本文将简述直流伺服电动机的工作原理，包括电机结构、电机控制系统、编码器反馈系统等方面。
一、电机结构直流伺服电动机的基本结构包括转子、定子、永磁体、电刷等部分。
其中，永磁体是电机的核心部件，它产生磁场，使得电机可以转动。
电刷则起到输送电能的作用，通过与转子接触，将电能传递给转子。
在直流伺服电动机中，转子通过电磁感应原理产生转矩，从而带动负载旋转。
同时，电机控制系统可以通过改变电流的方向和大小来控制电机的转速和转向。
二、电机控制系统直流伺服电动机的控制系统主要包括功率放大器、控制器和编码器反馈系统。
功率放大器是直流伺服电动机的重要组成部分，它负责将控制信号转换为电流信号，并将其提供给电机。
控制器则负责处理控制信号，将其转换为电机可以理解的信号。
编码器反馈系统则用于检测电机的转速和位置，并将其反馈给控制器，从而实现闭环控制。
在控制系统中，控制器通常采用PID控制算法，通过调节控制信号，使得电机的转速和位置达到预定的目标值。
同时，电机的速度和位置可以通过编码器反馈系统进行实时监测和调整，从而保证电机的精准控制。
三、编码器反馈系统编码器反馈系统是直流伺服电动机的重要组成部分，它用于检测电机的转速和位置，并将其反馈给控制器。
编码器通常分为增量式编码器和绝对式编码器两种类型。
增量式编码器可以检测电机的转速和位置变化，但无法确定电机的绝对位置。
绝对式编码器则可以确定电机的绝对位置，但通常比增量式编码器更昂贵。
在编码器反馈系统中，编码器通过检测电机的转子和定子之间的相对位置来确定电机的转速和位置。
控制器可以根据编码器反馈的信息进行实时调整，从而保证电机的精准控制。
四、总结直流伺服电动机是一种重要的电机类型，具有精准控制、高效能、高速度等优点。
其工作原理主要包括电机结构、电机控制系统和编码器反馈系统等方面。
直流伺服电动机及其控制方法
要下降， 直到电枢电流恢复到原来的数值，使电磁转
矩和总阻转矩重新平衡时， 才达到稳定状态。 但这是
一个更高转速n2时的新的平衡状态。 这就是电动机转 速n随电枢电压Ua升高而升高的物理过程。
为了清晰起见， 可把这个过程用下列符号表示： 当Ts、 Φ不变时，
电枢电压Ua控制电动机转速变化的物理过程如下： 开始时， 电动机所加的电枢电压为Ua1 ， 电动机的转 速为n1， 产生的反电势为Ea1 ， 电枢中的电流为Ia1 ， 根据电压平衡方程式， 则
Ua1 =Ea1 +Ia1 Ra=CeΦn1+Ia1Ra
(3 - 19)
这时， 电动机产生的电磁转矩T=CTΦIa1 。 由于电 动机处于稳态， 电磁转矩T和电动机轴上的总阻矩Ts相 平衡， 即T1=Ts。
由式(3 - 3)得到
T
Ia CT
把它代入式(3 - 9), 并考虑到Ea=CeΦn， 则得
Ua
Cen
TRa
CT
移项后， 得到
Ua
Ua
Ce
TRa
CeCT 2
(3 - 20)
式中， T为电动机产生的电磁转矩。 在稳态时， 电动机的电磁转矩与轴上的阻转矩相平衡， 即T=Ts。 所以稳态时， 上式可以写成
如果保持电动机的负载转矩TL不变， 也即阻转矩 Ts不变， 而把电枢电压升高到Ua2 , 起初， 由于电动机 有惯性， 转速不能马上跟上而仍为n1， 因而反电势仍 为Ea1 。 由于Ua1 升高到Ua2 而Ea1 不变， 为了保持电压 平衡， Ia1 应增加到I′a， 因此电磁转矩也相应由T增加 到T′， 此时电动机的电磁转矩大于总阻转矩Ts， 使电 动机得到加速。随着电动机转速的上升， 反电势Ea增
直流伺服电动机
一、直流伺服电动机的结构和分类
直流伺服电动机实质上就是一台他励式直流电动机。
分类： ㈠ 传统型直流伺服电动机：普通型直流伺服电机，分为电
磁式和永磁式两种。 ㈡ 低惯量型直流伺服电动机 ⑴ 盘形电枢直流伺服电动机； ⑵ 空心杯电枢直流伺服电动机； ⑶ 无槽电枢直流伺服电动机。
图7.2.1 盘形电枢直流伺服电动机结构
当转矩为零时，电机转速仅与电枢电压有关，此时的转速
称为理想空载转速。
n
n0
U ke
当转速为零时，电机转矩仅与电枢电压有关，此时的转矩 称为堵转转矩。
U TD Ra kT
直流伺服电动机的机械特性如图7.2.4所示：
图7.2.4 电枢控制的直流伺服电机机械特性
图7.2.5 直流伺服电机调节特系。
图7.2.2 空心杯电枢直流伺服电动机结构
图7.2.3 无槽电枢直流伺服电动机结构
二、直流伺服电动机的运行特性
转速关系式：
n
U ke
Ra kekT
Tem
1、机械特性：指在控制电压保持不变的情况下，直流伺服
电动机的转速n随转矩变化的关系。
n n0 kTem
式中：
n0
U ke
,k
Ra kekT
控制方式：电枢控制和磁极控制，实际中主要采用电枢控制方式。
直流伺服电动机的调节特性如图7.2.5所示。
第一章-直流伺服电机
图1-1 电枢控制原理图
控制方式
2．磁场控制
电枢绕组电压保持不变，变化励磁回路旳电压。若电 动机旳负载转矩不变，当升高励磁电压时，励磁电流 增长，主磁通增长，电机转速就降低；反之，转速升 高。变化励磁电压旳极性，电机转向随之变化。 尽管磁场控制也可到达控制转速大小和旋转方向旳目 旳，但励磁电流和主磁通之间是非线性关系，且伴随 励磁电压旳减小其机械特征变软，调整特征也是非线 性旳，故少用。
1.2.2 运营特征
（2）电枢电压对机械特征旳影响
n0和Tk都与电枢电压成正比，而斜率k则与电枢电压无关。 相应于不同旳电枢电压能够得到一组相互平行旳机械特征曲线。
直流伺服电动机由放大器供电时， 放大器能够等效为一种电动势源 与其内阻串联。内阻使直流伺服 电动机旳机械特征变软。
图 1-3 不同控制电压时旳机械特征
较小、 电枢电阻 Ra 较大、转动惯量 J 较大
时是这种情况。
图1-6 在 4 e m 时, n、ia 旳过渡过程
过渡过程曲线
(2)
当
4 e
m
时，由
p1，.2
1 2 e
1
1 4 e m
， p1 和
p2
两根是共轭复数。
在过渡过程中，转速和电流随时间旳变化是周期性旳。
由e
La Ra
和m
2JRa 60CeCt
2
可知，电枢
电感 La 较大、 电枢电阻 Ra 较小、转动
惯量 J 较小时，就会出现这种振荡现象。
图1-7 在 4 e m 时, n、ia 旳过渡过程
过渡过程曲线
⑶ 当4 e m 时（多数情况满足这一条件）， e 很小能够忽视不计。
于是式
m e
(完整版)《直流伺服电动机》PPT课件
第二章 直流伺服电动机
3.4 直流电动机的使用
3.4.1 直流电动机的启动
启动要求：
①启动时电磁转矩要大，以利于克服启动时阻转矩，包括总
阻转矩
Ts
和惯性转矩J
dΩ dt
。
②启动时电枢电流不要太大，一般把启动电流限制在允许电 流值的 1.5～2 倍以内。
③要求电动机有较小的转动惯量和加速过程中保持足够大的 电磁转矩，以利于缩短启动时间。
第二章 直流伺服电动机
1) 负载为常数时的调节特性
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， 所以电动机的总阻转矩Ts=TL+T0。 在 转速比较低的条件下， 总阻转矩Ts是一个常数。
由式： n Ua TsRa
Ce CeCT 2
表征调节特性两个量
①始动电压——Ua0，是电动机处于待动而未动这种临界状 态时的控制电压。
作为控制信号， 实现电动机的转速控制。
第二章 直流伺服电动机
电枢电压Ua,转速n 以及电磁转矩T 的关系：
Ua
移项后，得到
Cen
TRa
CT
n
Ua Ce
TRa CeCT 2
在稳态时，电动机的电磁转矩与轴上的阻转矩相平衡， 即
T=Ts。所以稳态时，上式可以写成
n
Ua
Ce
Ts Ra
CeCT 2
第二章 直流伺服电动机
第二章 直流伺服电动机
第 3章 直流伺服电动机
3.1 直流电动机 3.2 电磁转矩和转矩平衡方程式 3.4 直流电动机的使用 3.5 直流伺服电动机及其控制方法 3.6 直流伺服电动机的稳态特性 3.9 直流力矩电动机 习题
第二章 直流伺服电动机
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。
简述伺服电动机的种类特点及应用
简述伺服电动机的种类特点及应用伺服电动机是一种能够精确控制运动位置、速度和加速度的电动机。
它具有高精度、高速度和高可靠性的特点，广泛应用于工业机械、机器人、自动化设备、医疗设备等领域。
根据结构和控制方式的不同，伺服电动机可以分为直流伺服电动机、交流伺服电动机和步进伺服电动机。
1. 直流伺服电动机：直流伺服电动机是应用最广泛的一种伺服电动机。
它的特点是转矩波动小、动态性能好，可以快速响应外部控制信号，适用于高精度、高速度控制的场合。
直流伺服电动机的控制比较简单，通常采用闭环控制系统，通过编码器反馈信号来实时监测电机转速和位置，进而调整电机的电流和电压。
直流伺服电动机的应用非常广泛，如CNC机床、注塑机、纺织机、纸张机械等工业设备，以及医疗设备、机器人、印刷设备等。
它可以实现高速度、高精度的运动控制，满足不同领域的精确定位和稳定运动需求。
2. 交流伺服电动机：交流伺服电动机逐渐取代直流伺服电动机在某些领域的应用，因为它具有结构简单、体积小、维护方便等优点，同时具备较高的动态性能和较大的功率范围。
交流伺服电动机通常采用矢量控制或矢量直流控制方式，通过闭环反馈控制系统来实现位置和速度的精确控制。
交流伺服电动机的应用范围广泛，如自动化机械、半导体设备、食品包装设备、纺织设备等。
它能够实现高精度、高性能的运动控制，在工业生产过程中提高生产效率和产品质量。
3. 步进伺服电动机：步进伺服电动机是将步进电机与伺服控制器相结合的一种电机。
它具有步进电机的精密定位能力和伺服电机的动态性能，能够实现高精度、高分辨率的位置控制。
步进伺服电动机通过闭环控制系统来保证位置的准确性，通常采用编码器或位置传感器来实时反馈位置信息。
步进伺服电动机广泛应用于自动化设备、医疗设备、印刷设备、纺织设备等领域。
它可用于需要高分辨率、高精度定位的场合，如3D打印机、数控雕刻机、纺织机械等。
总的来说，伺服电动机是一种能够实现高精度、高速度和高可靠性运动控制的电动机。
直流伺服电动机的结构、原理与一般( )基本相同
直流伺服电动机的结构、原理与一般交流伺服电动机基本相同近年来，伺服电动机在工业自动化领域得到了广泛的应用，其中直流伺服电动机作为一种常见的电机类型，其在工业控制系统中扮演着非常重要的角色。
直流伺服电动机与一般交流伺服电动机在结构和工作原理上基本相同，但又有一些独特的特点和应用场景。
本文将对直流伺服电动机的结构、原理以及与一般交流伺服电动机的异同进行深入探讨，并共享个人对该主题的看法和理解。
一、直流伺服电动机的结构1. 转子直流伺服电动机的转子通常由永磁体和电枢组成。
永磁体固定在转子上，产生一个固定的磁场。
而电枢则是通过通电产生磁场，从而与永磁体的磁场相互作用，从而产生转矩。
2. 定子直流伺服电动机的定子上布置有绕组，根据不同的控制需要，可以有不同的绕组结构。
通常情况下，定子上的绕组会根据具体的应用场景而进行设计，以实现不同的控制效果。
3. 传感器直流伺服电动机通常会配备传感器，用于检测转子的位置和速度。
常见的传感器类型包括编码器、霍尔传感器等。
二、直流伺服电动机的工作原理1. 电枢受力原理当直流伺服电动机的电枢通电时，电枢产生磁场，与永磁体的磁场相互作用，从而产生转矩。
根据电枢受力的原理，可以通过控制电枢通电的电流大小和方向，来实现对电机转矩的精准控制。
2. 传感器反馈原理直流伺服电动机通常配备有传感器，用于检测电机转子的位置和速度。
通过传感器的反馈信号，可以实现对电枢电流的闭环控制，从而实现对电机转速和位置的精准控制。
三、直流伺服电动机与一般交流伺服电动机的异同1. 异同点直流伺服电动机和一般交流伺服电动机在结构和工作原理上基本相同，都是通过对电机的电流进行精确控制，从而实现对电机转矩、速度和位置的精准控制。
但是，直流伺服电动机由于采用直流电源供电，控制回路相对简单，因此在一些对控制精度要求较高的应用场景中表现出更大的优势。
2. 应用场景直流伺服电动机通常在对控制精度和动态响应要求较高的应用场景中得到广泛应用，如数控机床、飞行器控制系统、智能机器人等。
简述直流伺服电动机的工作原理
简述直流伺服电动机的工作原理
直流伺服电动机是一种特殊的直流电动机，它具有较高的精度、良好的可靠性，时间和正负响应时间短、大负载范围内任意速度以及简洁的空间配置等特点，用于控制运动的设备和系统，是工业生产中的重要控制元件。
直流伺服电动机的工作原理很简单，它通过电源对电动机的定子绕组产生直流电流，从而在定子绕组上产生磁通。
当调节电流的大小时，所产生的磁通也会发生改变，从而改变电动机的转矩。
这就是直流伺服电动机实现速度变化和转矩变化的基础原理。
电动机由定子绕组和转子绕组组成，定子绕组固定在线圈内，转子绕组固定在转子上，当电流进入定子绕组时，定子绕组上会产生磁场，转子上由转子磁铁产生的转子磁场与定子磁场相互作用而产生转矩。
当改变电流的大小或方向时，伺服电动机的转子磁场也会发生改变，从而改变它的转矩和转速。
直流伺服电动机的控制电路一般包括一个电流控制环路和一个电压控制环路的组合，其中电流控制环路用于调节定子绕组的电流，从而改变电动机的转矩；电压控制环路用于调节定子绕组的电压，从而改变电动机的转速。
此外，直流伺服电动机还具有自偏角、自动恢复功能，即电机在调节过程中受到外界的内力，会引起电机的转矩、转速的变化，此时，电流控制环路和电压控制环路会自动调节，使电机能够自动加以恢复，从而保持电机的平衡。
直流伺服电动机因具有优越的运动性能、稳定性和精度，在工业中应用十分广泛，主要应用于直线机械装置、贴标机、搬运机械、卷烟机、织机等设备上。
总之，直流伺服电动机具有良好的性能、可靠性和精度，它既可以调节电动机的转矩，也可以调节它的转速，是一种优良的电动机控制装置，适用于工业的各种自动控制系统。
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。
控制电机 第一章 直流伺服电机 1 原理与运行特性
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
斜率k1：
k1 1 C e
是由电机本身参数决定的常数，与负载无关。
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
（2）总阻转矩对调节特性的影响
总阻转矩Ts变化时，Ua0∝Ts ，斜率k1保持不变。
因此对应于不同的总阻转矩Ts1 、 Ts2 、Ts3 、… ，可以 得到一组相互平行的调节特性。
n
Ua0 k1 –
–
始动电压 特性斜率
直流伺服电动机的调节特性
1.3 运行特性
（1） Ua0和k1的物理意义
始动电压Ua0 ：电动机处在待动而又未动临界状态时的电压。 Ua Ts Ra 由 n ，当n=0时，便可求得： 2 C e C e C t Ra U a U a0 Ts C t 由于Ua0∝Ts ，即负载转矩越大，Ua0越高。 控制电压从0到Ua0范围内，电机不转动，称为电动机的死区。
1.1 伺服电动机概述
自动控制系统对伺服电动机的基本要求： (1) 宽广的调速范围。伺服电动机的转速随着控制电 压的改变能在宽广的范围内连续调节。 (2) 机械特性和调节特性均为线性。线性的机械特性 和调节特性有利于提高自动控制系统的动态精度。 机械特性：控制电压一定时，转速随转矩的变 化关系； 调节特性：电动机转矩一定时，转速随控制电 压的变化关系。 (3) 无“自转”现象。伺服电动机在控制电压为零时 能立自行停转。 (4) 快速响应。电动机的机电时间常数要小，相应地 伺服电动机要有较大的培转转矩和较小的转动惯量。 这样，电动机的转速便能随着控制电压的改变而迅 速变化。
第1章 直流伺服电动机
1.1 伺服电动机概述 1.2 直流伺服电动机的原理 1.3 直流伺服电动机运行特性 1.4 直流伺服电动机的控制方式 1.5 直流伺服电动机的动态特性与特种电机 1.6 直流伺服电动机的PWM控制 1.7 直流伺服电动机的应用
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
直流伺服电机的结构和原理
直流伺服工作原理图
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结构
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直流伺服电机的原理
直流伺服电动机工作原理图
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课堂练习——结构
1.直流伺服电动机的外形结构比
较
，直流伺服电机的输出功率
一般在
之间
2.机械特性比交流伺服电机
，通
常应用于
的伺服系统中。
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直流伺服电机的工作原理
直流伺服电动机的工 作原理和普通直流电 动机相同。在励磁绕 组中有电流且产生了 磁通后，电枢绕组中 再通过电流时，两者 相互作用产生转矩， 使电动机转动。两个 绕组中任意一个断电 时，电动机停止转动。 直流伺服电动机没有 “自转”现象，是自 动控制系统中一个很
直流伺服电动机的工作原理和普通
相
同。在励磁绕组中有电流且产生了
后，
电枢绕组中再通过电流时，两者相互作用产
生转矩，使电动机转动。两个绕组中任意一
个断电时，电动机
。直流伺服电
动机没有“
”现象，是自动控制系
统中一个很好的执行元件。
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直流伺服电机的外形
直流伺服电机 的外形
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直流伺服电机的结构
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结 结构与普通小型直 流电动机相同，只 是为了减小转动惯 性，电机做得比较 细长一些，伺服电 机也由定子和转子 构成，定子 上有两 个绕组，即励磁绕 组L1和控制绕组LK， 两个绕组在空间相 差90°电角度。
简述直流伺服电动机的特点
简述直流伺服电动机的特点
直流伺服电动机是一种常见的电动机类型，其特点主要体现在以下几个方面。
第一章：引言
直流伺服电动机是一种广泛应用于工业控制系统中的电动机。
它具有高效率、精确控制、快速响应等特点，被广泛应用于自动化设备、机械加工、机器人等领域。
本文将对直流伺服电动机的特点进行简述。
第二章：高效率
直流伺服电动机具有较高的效率，能够将电能转化为机械能的效率接近100%。
这是因为直流伺服电动机的电磁铁线圈内部通过电流产生磁场，与电磁铁上的永久磁体相互作用，从而产生电机转动的力矩。
由于直流伺服电动机在转动过程中只需克服摩擦力和负载惯性，因此其效率较高。
第三章：精确控制
直流伺服电动机具有精确控制的特点，可以通过改变输入电压的大小和方向来实现电机的精确控制。
这是因为直流伺服电动机可以通过改变电流大小和方向来改变磁场的强弱和方向，从而控制电机转动的速度和方向。
通过精确的控制算法和反馈系统，可以实现对直流伺服电动机的位置、速度和加速度等参数的精确控制。
第四章：快速响应
直流伺服电动机具有快速响应的特点，可以在短时间内实现从静止到
运动的转变。
这是因为直流伺服电动机的转子惯性较小，能够快速响应输入信号的变化。
当控制系统对电机进行控制信号的变化时，直流伺服电动机可以迅速响应，并快速转动到新的位置或速度。
第五章：结论
综上所述，直流伺服电动机具有高效率、精确控制和快速响应的特点。
这使得它在工业控制系统中得到广泛应用。
通过对直流伺服电动机的特点的了解，可以更好地应用它们于自动化设备、机械加工、机器人等领域，提高工作效率和产品质量。
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直流伺服电动机第二章直流伺服电动机直流伺服电动机是自动控制系统中具有特殊用途的直流电动机，又称执行电机，它能够把输入的电压信号变换成轴上的角位移和角速度等机械信号。
直流伺服电动机的工作原理、基本结构及内部电磁关系与一般用途的直流电动机相同。
第一节直流电动机一、直流电动机的基本工作原理直流电动机的基本结构与直流发电机相同。
电动机输入电压信号，输出转速信号。
二、电磁转矩和转矩平衡方程pN1、电磁转矩 T,,I,C,IemaTa2,a对于一个已经制造好的电机，它的电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流。
TI,ema2、稳态转矩平衡方程 = TT，T,Tem20L称为电动机稳态转矩平衡方程。
3、动态转矩平衡方程,dT,J当电机的转速发生改变时，由于电机及负载具有转动惯量，将产生惯性转矩 jdtJ——负载和电动机转动部分的转动惯量;d,TTTJ 此时，电动机轴上的动态转矩平衡方程为 ,,,emLjdt三、电动势平衡方程直流电动机电动势平衡方程 U,E，IRaaa IaU,EU,C,naeI,,电枢电流的表达式 aE U I U afRRfaa电动机的机械特性RUa图2-2 直流电动机的电枢回路 n,,T,n,,T em0em2CΦCCΦeeT四、直流电动机的起动和调速UI,I,1(起动:起动电流大: staIaRaIUUEffaR由于不大，所以起动电流可能达到额定电流的十几倍。
为了限aR制起动电流，一般采用在电枢回路中串联起动电阻的方法。
一般把stRst起动电流限制在额定电流的1.5~2倍以内，保证有足够的起动转矩。
图2-3电枢回路串联起动电阻对于自动控制系统中使用的直流电动机，功率只有几百瓦，由于电枢电阻比较大，其起动电流不超过额定电流的5~6倍，加上其转动惯量较小，转速上升快，起动时间短，所以可以直接起动，而且起动电流大，起动转矩也大，这正是控制系统所希望的。
为了获得较大的起动转矩，励磁磁通应为最大，因此电机起动时，励磁回路的调节电阻必须短接，并在励磁绕组两端加上额定励磁电压。
UIR,aa2(调速: n,CΦeU调速的方法有三种:(1)改变电源电压调速;(2)在电枢回路串联电阻调速; RS(3)调节励磁回路电阻(改变磁通)调速。
RΦcf下面分析转矩、电流和转速等物理量的稳态值在调速前后的变化。
1)电枢回路串联电阻调速 RS电枢回路串联的电阻越大，转速越低。
电枢回路串联电阻调速:损耗较大，效率较低。
当轻载时，电枢电流较小，串联电阻后，转速变化不大。
但是，这种调速方法设备比较简单。
2)降低电源电压调速电源电压越低，转速越低。
这种调速方法，可以实现平滑无级调速，但需要附加调压设备。
3)改变励磁回路电阻调速 RCf励磁回路串联的电阻越大，转速越高。
RCf(1)容易控制:励磁电流只有电枢额定电流的百分之几，所以调节电阻的容量小，铜耗也小，而且容易控制;(2)调速的快速性较差:励磁回路电感比电枢回路大，电气时间常数较大。
(3)转速只能升高:励磁回路串联电阻只能使励磁电流减小。
(4)改变磁通(弱磁)调速时，必须降低负载转矩:由于，若电机拖动恒转矩负载，T,C,IemTa重新稳定后，因磁通减弱，所以电流增大，将超过原来的额定值，这是不允许的，因此， I,a在要求调速范围大的场合，几种调速方法总是同时兼用。
当电源电压可调时，利用降压降低转速，利用增加励磁回路电阻增大转速。
当电源电压恒定时，则利用增加电枢回路电阻降低转速，利用增加励磁回路电阻增大转速。
需要注意的是，对电动机的励磁绕组，若起动前就断开，则电动机由于起动转矩小而不能起动。
如果R,,在运行过程中断开，则相当于励磁回路串联的电阻，电机转速大大超过额定转速，电机发出尖Cf锐的噪声，出现“飞车”事故。
第二节直流伺服电动机的控制方法和运行特性伺服电动机分直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。
伺服电机的最大特点是可控性。
伺服系统一般有三种基本控制方式:位置控制、速度控制和力矩控制。
直流伺服电动机通常应用于功率较大的自控系统中，输出功率一般为1~600W，也有的达数kW，其电压分为:6、9、12、24、27、48、110、220V。
一、直流伺服电动机的分类直流伺服电动机的控制电源为直流电压，分普通直流伺服电动机、盘形电枢直流伺服电机、空心杯直流伺服电机和无槽直流伺服电机等。
普通直流伺服电动机有永磁式和电磁式两种基本结构类型。
电磁式又分为他励、并励、串励和复励四种，永磁式可看作是他励式。
二、直流伺服电动机的控制方法直流伺服电动机工作原理与一般的直流电动机相同。
控制方式有改变电枢电压的电枢控制和改变磁通的磁场控制两种。
电枢控制具有机械特性和控制特性线性度好，而且特性曲线为一组平行线，空载损耗较小，控制回路电感小，响应迅速等优点，所以自动控制系统中多采用电枢控制。
磁场控制只用于小功率电机。
下面只叙述电枢控制。
U把电枢电压作为控制信号，实现电动机的转速控制，这就是电枢控制方法。
电枢控制的物理过程:U当不变时，增大，由于电机有惯性，转速不变化，暂时不变化，增大，使增加，T，T和ΦEIT20aaem由于阻转矩不变，则>，升高，随着增大，和减小，直到=时为T，TTT，TEITTT，Tn20em20aaemem20止，此时电机转速变为。
n2 UU电压降低时，转速下降的过程相同。
当电压极性改变时，电枢电流及电磁转矩的方向改ITnaem变，电动机的转向改变。
三、直流伺服电动机的运行特性1、机械特性U在电枢电压不变的情况下，直流伺服电动机的转速随转矩的变化关系，称为电动机的n,f(T)emRUa机械特性: n,,T,n,,Tem0em2CΦCCΦeeTUn,0时的电磁转矩称为堵转转矩，、大小与电源电压成正比。
T,TnTT,CΦdTemd0dRa机械特性的线性度越好，系统的动态误差就越小。
硬特性转矩的变化对转速的影响比软特性为好，易于控制，这正是自动控制所需的。
U,U,U123U在不同电压下，机械特性为一组平行线。
和都与成正比，但nT0d U特性曲线的斜率与无关。
U1U2电枢回路电阻R越小，机械特性越硬，R越大，机械特性越软。
Uaa3 Tem2、调节特性(控制特性)电机的转速与电枢电压的关系称为电动机的调节特性或n,f(U)图2-9 不同控制电压时直流伺服电动机的机械特性控制特性。
n1) 负载为常数时的调节特性在励磁不变、负载转矩恒定时，由机械特性表达式可知RUan,,T em2CΦCCΦeeTUU 0T,T，T又 em20图2-10 直流伺服电动机的调节特性TT当负载转矩n,f(U)一定(且认为恒定)时，电动机的调节特性的关系曲线是一直线，斜率02TR1eman,0UU,,,k为。
当时， 0CΦCΦTeTReman,0 ，，。
，，电动机处于从静止到转动的临界状态，U,U,U,UT,TT,T00emLemLCΦTUTR0Lan,0，。
电压称为电动机的死区，或称为始动电压，，所以T,CΦUU,UU,emT000RCΦaT始动电压与电动机的阻转矩、负载转矩有关。
始动电压不同，但调节特性的斜率不变，对应不同负载转矩，可得到一组nTTTL1L2L3相互平行的调节特性曲线。
TL与始动电压相对应的电枢电流 I,a0CΦ TT,T,TL1L2L3电枢电压小于始动电压时，电机不能起动;当电源电压超过始动电压时，U UUU电机开始旋转。
当负载转矩为恒值时，无论电动机的转速有多大，总是不I 020103a0图2-11 直流伺服电动机的调变，此时电动势方程节特性曲线组 U,E，IR,E，U,CΦn，U aa0aa0e0当时，转速随电压线性变化。
控制特性的线性度越好，系统的动态误差越小。
U,U02)可变负载时的调节特性在自控系统中，电动机的负载多数情况下是不随转速改变的，但是也有可变负载。
例如，当负载转矩是由空气摩擦造成的阻转矩时，则转矩随转速增加而增大，并且转速越高，转矩增加得越快，转矩随转速-12所示。
变化的大致情况如图2在变负载的情况下，调节特性不再是一条直线。
这是因为在不同转速时，由于阻转矩不同，相应TLUU的也不同。
当改变时，不再保持为常数，因此的变化不再与的变化成正比。
随着转速增IIREaaaa加，负载转矩增量越来越大，增量也越来越IRaanTL 大，E增量却越来越小，E,n，所以随着控制 aaU信号的增加，转速增量越来越小，这样和的关n系如图2-13所示，不再是一条直线。
当然曲线nU的具体形状还与负载特性的n,f(T)n,f(U)L 图2-12 空气阻转矩与转速的图2-13 可变负载时的调节特形状有关，但是总的趋势是一致的。
关系性实际工作中，常常用实验的方法直接测出电动机的调节特性，此时电动机与负载配合，并由放大器提U供信号电压。
在实验中测出电动机的转速n随放大器输入电压变化的曲线，就是带有放大器的直流伺服电动机的调节特性曲线。
3)直流伺服电动机低转速运转时的不稳定性从直流伺服电动机的理想调节特性来看，只要控制电压足够大(大于始动电压)时，电机就可以在很低的转速下运行，但实际上，当电动机工作在几转每分钟到几十转每分钟的范围内时，其转速就不均匀，出现时快、时慢、甚至暂停一下的现象，这种现象称为直流伺服电动机低速运转的不稳定性，产生的原因:(1)低速时，反电动势平均值不大，因而齿槽效应等原因造成的电动势脉动的影响将增大，导致电磁转矩波动比较明显。
(2)低速时，控制电压值很小，电刷和换向器之间的接触电压的不稳定性的影响增大，导致电磁转矩不稳定性增大。
(3)低速时，电刷和换向器之间的摩擦转矩的不稳定性，造成电机本身阻转矩的不稳定，导致输出转矩不稳定。
直流伺服电动机低速运转的不稳定性将在控制系统中造成误差，必须在控制线路中采取措施使其转速均匀;或选用低速稳定性好的直流力矩电动机或低惯量直流电动机。
3、直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态设一台电动机以旋转，、、及的方向如图所示，数值为正，反之为负。
这时，EInUna1a1111，。
U,E，IRU,E1a1a1a1a11)、发电机工作状态I Ia2a1如果要求电动机的转速下降到，则控制系统n2 T Temem U U21EEa1a1加到电动机的控制电压要立即下降到。
由于电机U n2 n11 本身和负载具有转动惯量，转速不能马上下降，反电动势仍为，由于电压已发生变化，电枢电流图2-15 直流电机的发电机状态E图2-14 直流电机各量的正方向 a1也随之变化。
如果忽略电枢绕组的电感，则电压方程为 U,E，IR2a1a2a如果此时，则为负值，电磁转矩方向改变，与转速方向相反，为制动性质，电机处于发U,EI2a1a2电机状态。
由于电磁转矩作用，电机转速迅速下降，电动势下降，当小于时，电机又回到电动机状态，直EUa12到转速下降到时，电机重新稳定。