直流电动机驱动及其控制
直流电机驱动控制
要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如， 如下图所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经 Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电 流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极 管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机 按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。
图6－1 降压直流斩波器原理
第7章U 动力驱动及其计算机控制 uo
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设一个工作周期为T，在ton时间内，晶闸管导通，负载与 电源接通。在toff时间内，斩波器断开，负载依靠续流二极管VD 续流，以保持负载电流的连续性。就这样依靠电动机电枢自身
的滤波作用，在负载两端得到经过斩波的直流电压。其平均电
所谓脉宽调制，就是使功率晶体管工作于开关状 态，开关频率恒定，用改变开关导通时间的方法来调 整晶体管的输出，使电机两端得到宽度随时间变化的 电压脉冲。当开关在单周期内的导通时间随时间发生 连续变化时，电机电枢得到的电压平均值也随时间连 续发生变化，而由于内部的续流电路和电枢电感的滤 波作用，电枢上的电流则连续改变，从而达到调节电 机转速的目的。
在直流电机的伺服驱动控制中，通常采用全控型 的驱动元件，如大功率晶体管、MOSFET、IGBT等。 与晶闸管之类的半控元件相比，这些元件具有驱动电 路简单、开关频率高、体积小等优点，随着功率的增 加其价格也非常昂贵。但在伺服驱动中，通常功率较 小，因此价格因素并不影响对这些全控元件的选用。
在伺服驱动中，最常用的控制方式为调压调速控 制方式。在这种控制方式中，当负载一定时，电机的 转速与电枢电压成线性关系，这种关系决定了直流电 机具有优良的控制性能。根据他励直流电机原理，电 机运行的决定因素是电枢电流。电枢电流与电机驱动 转矩成正比，因此，只要控制电机的电枢电流，就能 对电机的驱动转矩进行控制，进而控制机电传动系统 的动态响应过程。
无刷直流电动机及驱动系统设计
无刷直流电动机及驱动系统设计无刷直流电动机是一种能够将电能转化为机械能的电机，它不仅具有高效率、高功率密度、大扭矩和高转速等优点，同时还能在宽范围内调整转速和控制扭矩。
因此，无刷直流电动机及其驱动系统设计成为了工业应用和个人消费电子产品中常见的一种电机类型。
无刷直流电动机驱动系统由电机本体、功率器件、传感器、微控制器和控制算法等组成。
首先，电机本体是电机的核心部分，包括转子、定子、磁铁和绕组等。
转子是电机的运动部分，由永磁体和轴承支撑。
定子是电机的静止部分，由铁芯和绕组组成。
磁铁是电机的永磁体，产生磁场以与永磁体上的磁场相互作用。
绕组是由导线绕制的线圈，通过流过电流产生磁场。
其次，功率器件是驱动系统的关键部分，用于将电能从电源转化为机械能。
一般采用MOSFET或IGBT等功率器件，以实现高速开关和较高电流能力。
它们能够承受高电压和大电流，并快速切换，使得电机能够根据控制信号调整转速和扭矩。
传感器是驱动系统中用于检测电机位置和转速的重要组成部分。
常见的传感器有霍尔传感器、反电动势传感器和编码器等。
霍尔传感器通过检测磁场强度变化来确定转子的位置，反电动势传感器通过测量绕组中电流变化产生的反电动势来确定电机的转速，编码器则能够提供更准确的位置和速度信息。
微控制器是驱动系统中负责控制电机运行的核心部件。
它包含了控制算法、控制逻辑和通信接口等功能，通过与传感器和功率器件进行交互来实现对电机转速、扭矩和方向的精确控制。
微控制器能够根据输入的控制信号，通过调节电流和电压来控制电机的运行状态。
最后，控制算法是驱动系统的重要组成部分，在实际应用中起到至关重要的作用。
常见的控制算法包括PID控制、电流环控制、速度环控制和位置环控制等。
PID控制通过调整比例、积分和微分控制器的系数来达到稳定控制的效果。
电流环控制通过直接或间接测量电机电流，以控制电机的转矩和速度。
速度环控制通过测量电机转速，并根据所需转速和实际转速之间的差异来调整控制信号。
永磁无刷直流电动机控制方法
永磁无刷直流电动机控制方法
永磁无刷直流电动机控制方法有很多种，以下列举几种常见的方法：
1. 基于电压的控制方法：这种方法通过调节电机的驱动电源电压来控制电机的转速。
可以通过调节PWM（脉冲宽度调制）信号的占空比来控制电机的转速。
2. 基于电流的控制方法：这种方法通过控制电机的相电流来控制电机的转矩。
可以通过调节PWM信号的频率来控制电机的相电流。
3. 位置控制方法：这种方法通过检测电机的转子位置来控制电机的转速和位置。
可以使用轴编码器、霍尔传感器等装置来检测转子位置，并根据实际位置与期望位置之间的差异来调整电机的输入信号，从而实现位置控制。
4. 矢量控制方法：这种方法通过测量电机的电流和电压来实时计算出电机的控制矢量，进而控制电机的转速和转矩。
矢量控制方法可以提供更精确的转速和转矩控制，并且可以减小电机的振动和噪音。
以上仅为常见的几种控制方法，实际应用中可以根据具体需求和系统要求选择合适的控制方法。
新能源汽车驱动电机技术 学习情境四 直流电动机
学习情境四 直流电动机
学习任务1 直流电机的基本结构
知识准备：直流电动机是指通入直流电而产生机械运动的电动机，按励磁方式的不同，直流 电动机分为励磁绕组式电动机和永磁式电动机，前者的励磁磁场是可控的，后者的励磁磁场 是不可控的。由于控制方式简单，控制技术成熟，直流电动机曾广泛应用于早期电动汽车驱 动系统。 直流电动机由静止的定子（励磁）和旋转的转子（电枢）两部分组成。定子和转子之间的间 隙称为气隙。
问题4：直流电动机的铭牌数据有哪些？
学习任务2 直流电机的工作原理
问题4：直流电动机的铭牌数据有哪Байду номын сангаас？
凡表征电动机额定运行情况的各种数据称为额定值。额定值一般都标注在电动机的铭牌上，所以也称 为铭牌数据，它是正确合理使用电动机的依据。 直流电动机的额定数据主要有以下几种。 1）额定电压UN（V）。在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。 2）额定电流IN（A）在额定情况下，允许电动机长期流出或流入的电流。 3）额定功率（额定容量）PN（KW）。电动机在额定情况下允许输出的功率。 对于发电机，是指向负载输出的电功率。即PN=UNIN；对于电动机，是指电动机轴上输出的功率。即 PN=UNINηN
学习任务2 直流电机的工作原理
问题1：什么是直流电动机的模型？ 在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕中心横轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面
装有矩形和线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的末端a和d分别接到叫做换向 片的两个半圆形铜环上。换向片之间彼此绝缘，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起 转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷，他们和换向片之间滑动接触，来自直流电源的电 流就是通过电刷和换向片留到电枢的线圈。
直流电机的控制原理
直流电机的控制原理
直流电机的控制原理可以通过以下内容来说明：
直流电机的控制原理是通过调节电源电压和改变电枢线圈中电流方向来实现的。
具体来说，直流电机的工作原理是根据洛伦兹力和安培力的作用，通过控制电流方向和大小来改变电机的转速和转向。
在直流电机中，电枢线圈是位于电机中心的旋转部分，而电枢线圈两端与电源相连。
当电流通过电枢线圈时，电流会在磁场中发生作用，产生洛伦兹力，使电枢线圈开始旋转。
电枢线圈的旋转会使其上的集电刷与固定的电极接触，改变电枢线圈中电流的方向，从而反转驱动力，使电机的旋转方向改变。
为了控制直流电机的转速和转向，可以通过改变电源电压和电枢线圈中电流的方向来实现。
当电源电压增加时，电枢线圈中的电流增加，从而增大洛伦兹力，加速电机的转速。
同样地，当电源电压减小时，电机的转速会减慢。
另外，改变电枢线圈中电流的方向也会改变洛伦兹力的方向，从而改变电机的转向。
在实际应用中，直流电机的控制可以通过调节电压或使用电压变频器来实现。
通过调节电源电压的大小，可以实现直流电机的速度调节；通过改变电枢线圈中电流的方向，可以实现直流电机的正反转控制。
综上所述，直流电机的控制原理是通过调节电源电压和改变电
枢线圈中电流方向来实现的，从而实现对电机转速和转向的控制。
新能源汽车电动机驱动及控制技术分析
新能源汽车电动机驱动及控制技术分析新能源汽车的快速发展成为汽车行业的重要趋势，其中电动汽车作为最具发展潜力的领域之一备受关注。
作为电动汽车的核心部件，电动机及其驱动及控制技术的研究与应用至关重要。
本文将从技术角度对新能源汽车电动机驱动及控制技术进行分析，以便普通用户更好地了解其原理和特点。
1.电动机驱动技术电动机驱动是新能源汽车中的核心技术之一。
一方面，驱动技术的成熟度直接影响着电动汽车的性能和可靠性；另一方面，驱动技术的创新也带来了更高效、更环保的驱动方案。
目前，主要的电动机驱动技术有直流电机驱动、异步电机驱动和同步电机驱动。
1.1直流电机驱动技术直流电机驱动技术是电动汽车最早采用的驱动方案之一。
它具有结构简单、控制方便、启动转矩大的优点，适用于小型和中型电动车辆。
然而，直流电机驱动技术由于其故障率较高、效率较低以及难以满足高速运行的需求而逐渐被其他驱动技术所取代。
1.2异步电机驱动技术异步电机驱动技术是近年来较为流行的一种驱动方案。
它具有结构简单、成本低、维护方便等优势。
与直流电机相比，异步电机在能效和性能方面有了显著的提升。
然而，异步电机驱动技术仍然存在能效不高、启动转矩小等问题，特别是在高速运行和精密控制方面还有待进一步改进。
1.3同步电机驱动技术同步电机驱动技术是目前电动汽车中发展最迅猛的一种驱动方案。
同步电机具有高效、高扭矩、高精度控制的特点，适用于中型和大型电动车辆。
随着磁体材料和控制技术的不断进步，同步电机驱动技术在新能源汽车领域有着广阔的应用前景。
2.电动机控制技术电动机控制技术是电动汽车中另一个关键技术，它直接影响着电动机的性能和驱动效果。
目前，主要的电动机控制技术有开环控制和闭环控制。
2.1开环控制技术开环控制技术是一种基本的电动机控制技术，它通过设定电动机的输入电流或电压来控制转速和输出扭矩。
开环控制技术具有实现简单、调试容易等优点，适用于一些对控制精度要求不高的场景，如低速运行和恒速运行。
直流电机驱动器工作原理
直流电机驱动器工作原理首先，直流电机是利用直流电流产生的电磁力来驱动转子转动的电动机。
其主要组成部分包括定子、转子、永磁体、碳刷以及电刷等。
当直流电流从电源输入到直流电机的定子线圈上时，产生的磁场与永磁体产生的磁场交互作用，使转子转动。
直流电机的转速可以通过调节电流大小来控制。
其次，电机驱动器是控制直流电机工作的关键设备。
其主要功能包括将直流电源提供给直流电机，并根据控制信号对电机速度、转向以及其他性能进行调节。
电机驱动器具有高速开关功率器件（如IGBT、MOSFET 等）、控制单元和传感器等组成。
具体来说，电机驱动器的工作原理如下：1.电源输入：电机驱动器通过电源输入给直流电机提供所需的工作电压和电流。
通常，电机驱动器中的整流和滤波电路将交流电源转化为直流电源，以供电机工作所需。
2.电机控制：电机驱动器通过控制单元对电机进行控制。
控制单元接收外部的控制信号，根据控制信号生成相应的PWM（脉冲宽度调制）信号。
PWM信号的频率一般较高，通过开关功率器件的控制，将直流电源以一定的脉冲宽度和频率输出给电机，从而控制电机的速度和转向。
3.开关功率器件：电机驱动器中的开关功率器件用于将直流电源的电流调节为适用于电机的电流，以控制电机的转速。
开关功率器件根据PWM信号的控制，周期性地开关和关断，实现对电机电流的精确控制。
常用的功率器件有IGBT和MOSFET等。
4.反馈和保护：电机驱动器通常会配置反馈传感器以实时监测电机的转速、电流、温度等参数。
通过反馈传感器获取的信息，电机驱动器可以对电机运行状态进行监测和保护，如过流、过热等故障保护。
总之，直流电机驱动器通过控制电机的电流和电压，实现对直流电机的速度、转向和工作性能的精确调节。
其工作原理涉及到电源输入、电机控制、开关功率器件以及反馈和保护等多个方面。
直流电机控制原理图
直流电机控制原理图
直流电机是一种常见的电动机，它通过直流电源驱动，能够将
电能转换为机械能，广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等
领域。
直流电机的控制原理图是直流电机控制系统的重要组成部分，它能够帮助我们了解直流电机的工作原理和控制方式，本文将介绍
直流电机控制原理图的相关知识。
首先，直流电机控制原理图包括直流电机、电源、控制器等组件。
直流电机通常由定子、转子、碳刷、电枢等部分组成，电源为
直流电源，控制器则是用来控制电机运行的设备。
在直流电机控制
原理图中，这些组件通过电气连线连接在一起，形成一个完整的控
制系统。
在直流电机控制原理图中，电源为直流电源，它可以是电池、
直流发电机、直流稳压电源等。
电源的电压和电流大小将直接影响
到直流电机的运行性能，因此在设计直流电机控制系统时，需要根
据实际需要选择合适的电源。
控制器是直流电机控制系统中的关键部件，它可以根据外部输
入信号控制电机的启停、正反转、速度调节等功能。
常见的直流电
机控制器有直流调速器、直流电机驱动器、直流电机控制板等，它们可以根据具体的控制要求选择使用。
在直流电机控制原理图中，还会包括一些辅助元件，如限流电阻、过载保护器、电流传感器等。
这些辅助元件能够提高电机控制系统的稳定性和安全性，保护电机免受过载、短路等异常情况的影响。
总的来说，直流电机控制原理图是直流电机控制系统的重要组成部分，它通过电气连线将直流电机、电源、控制器等组件连接在一起，形成一个完整的控制系统。
掌握直流电机控制原理图的相关知识，能够帮助我们更好地理解直流电机的工作原理和控制方式，为实际应用提供参考和指导。
最全直流电机工作原理与控制电路解析(无刷+有刷+伺服+步进)
最全直流电机工作原理与控制电路解析（无刷+有刷+伺服+步进）直流电动机是连续的执行器，可将电能转换为（机械）能。
直流电动机通过产生连续的角旋转来实现此目的，该角旋转可用于旋转泵，风扇，压缩机，车轮等。
与传统的旋转直流电动机一样，也可以使用线性电动机，它们能够产生连续的衬套运动。
基本上有三种类型的常规电动机可用：AC 型电动机，（DC）型电动机和步进电动机。
典型的小型直流电动机交流电动机通常用于高功率的单相或多相（工业）应用中，需要恒定的旋转扭矩和速度来控制大负载，例如风扇或泵。
在本（教程）中，我们仅介绍简单的轻型直流电动机和步进电动机，这些电动机用于许多不同类型的（电子），位置控制，微处理器，（PI）C和（机器人）类型的电路中。
基本直流电动机该直流电动机或直流电动机，以给它的完整的标题，是用于产生连续运动和旋转，其速度可以容易地控制，从而使它们适合于应用中使用是速度控制，伺服控制类型的最常用的致动器，和/或需要定位。
直流电动机由两部分组成，“定子”是固定部分，而“转子”是旋转部分。
结果是基本上可以使用三种类型的直流电动机。
有刷（电机）–这种类型的电机通过使（电流）流经换向器和碳刷组件而在绕线转子(旋转的零件)中产生磁场，因此称为“有刷”。
定子(静止部分)的磁场是通过使用绕制的定子励磁绕组或永磁体产生的。
通常，有刷直流电动机便宜，体积小且易于控制。
无刷电动机–这种电动机通过使用附着在其上的永磁体在转子中产生磁场，并通过电子方式实现换向。
它们通常比常规的有刷型直流电动机更小，但价格更高，因为它们在定子中使用“霍尔效应”开关来产生所需的定子磁场旋转顺序，但是它们具有更好的转矩/速度特性，效率更高且使用寿命更长比同等拉丝类型。
伺服电动机–这种电动机基本上是一种有刷直流电动机，带有某种形式的位置反馈控制连接到转子轴。
它们连接到PWM型控制器并由其控制，主要用于位置（控制系统）和无线电控制模型。
普通的直流电动机具有几乎线性的特性，其旋转速度取决于所施加的直流电压，输出转矩则取决于流经电动机绕组的电流。
直流无刷电动机及其调速控制
直流无刷电动机及其调速控制1．直流无刷电动机的发展概况与应用有刷直流电动机从19世纪40年代出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。
但是，有机械接触电刷-换向器一直是电流电机的一个致命弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。
为了取代有刷直流电动机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。
早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。
1955年美国的等首次申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，标志着现代无刷直流电动机的诞生。
无刷直流电动机的发展在很大程度上取决于电力电子技术的进步，在无刷直流电动机发展的早期，由于当时大功率开关器件仅处于初级发展阶段，可靠性差，价格昂贵，加上永磁材料和驱动控制技术水平的制约，使得无刷直流电动机自发明以后的一个相当长的时间内，性能都不理想，只能停留在实验室阶段，无法推广使用。
1970年以后，随着电力半导体工业的飞速发展，许多新型的全控型半导体功率器件（如GTR、MOSFET、IGBT等）相继问世，加之高磁能积永磁材料（如SmCo、NsFeB）陆续出现，这些均为无刷直流电动机广泛应用奠定了坚实的基础。
在1978年汉诺威贸易博览会上，前联邦德国的MANNESMANN公司正式推出了 MAC无刷直流电动机及其驱动器，引起了世界各国的关注，随即在国际上掀起了研制和生产无刷直流系统的热潮，这业标志着无刷直流电动机走向实用阶段。
随着现代永磁材料和相关电子元器件的性能不断提高，价格不断下降，无刷电动机的到了快速发展，并被广泛应用于各个领域，例如，在数控机床、工业机器人以及医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺机械和家用电器等小功率场合，计算机的硬盘驱动和软盘驱动器器中的主轴电动机、录像机中的伺服电动机等。
2．直流无刷电动机的基本结构和工作原理直流无刷电动机的结构直流无刷电动机的结构示意图如图2-1所示。
无刷直流电动机驱动方式分析
无刷直流电动机驱动方式分析无刷直流电动机（BLDC）是一种通过电子器件控制旋转电机转子的直流电动机。
相对于传统的有刷直流电动机，BLDC电动机具有更高的效率、更长的寿命和更低的维护成本。
在工业、家电和汽车等领域得到了广泛应用。
无刷直流电动机的驱动方式包括传统的硬件控制驱动和现代的软件控制驱动。
传统的硬件控制驱动方式通常使用霍尔传感器进行转子位置反馈，以确定电机相位的开关时间，从而实现电机的正向和反向旋转。
这种驱动方式简单且成本较低，但霍尔传感器的安装和维护带来了一定的麻烦。
现代的软件控制驱动方式利用传感器上传的电机状态信息和控制算法，实时调整开关时间和相位电流，从而实现电机的高效能运行。
这种驱动方式通常称为“无传感器控制”或“传感器失效控制”，可以降低系统成本和提高可靠性。
其中一种常用的算法是电角度估算，通过计算电机的电流和电压来估算转子的实际角度。
另外，有些高端的驱动器则使用电磁回馈控制算法，通过直接测量电机的转矩和速度来实现更精确的控制。
无刷直流电动机的驱动方式也可以根据应用需求进行更多的划分。
例如，在一些需要高速度和高精度的应用中，通常采用矢量控制（也称为场定向控制）方式，通过实时调整电机的相位电流和频率来实现精确的转矩和速度控制。
而在一些需要高转矩和快速响应的应用中，通常采用直流转矩控制方式，通过实时调整电机的电流和转矩来实现高转矩和快速加速。
总的来说，无刷直流电动机的驱动方式包括传统的硬件控制驱动和现代的软件控制驱动。
无论采用哪种驱动方式，都需要根据具体应用需求选择适当的控制算法和硬件组件，以实现高效、安全和可靠的电机运行。
直流电动机
学习任务3 直流电机的控制
问题1：直流电动机机械特性参数有哪些？
1）电枢电动势 电枢电动势是直流电动机在正常工作时，电枢绕组切割气隙磁场所产生的电动势。根据直流电动机的 运行原理，可以推导出电枢电动势Ea为
学习任务3 直流电机的控制
问题1：直流电动机机械特性参数有哪些？
2）电磁转矩
电磁转矩是直流电动机的电枢绕组流过电流时，载流导体在磁场中受力而产生的总转矩。
学习任务1 直流电机的基本结构
问题2：什么是直流电机的转子？它的作用是什么？ 3）换向器 在直流电发电机中，换向器器整理作用，在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器 是直流电动机的关键部件之一。
学习任务1 直流电机的基本结构
问题1：什么是直流电机的定子？它的作用是什么？ 4）端盖 端盖装在基座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定子连为一体，同时端盖对直流电动机 内部还起防护作用。 5）电刷装置 电刷装置的作用是把直流电压、直流电流引入或引出。电刷的数目一般等于主磁极的数目。 电刷装置由电刷、电刷盒、刷瓣和压簧等部分组成
学习任务2 直流电机的工作原理
问题3：直流电动机的励磁方式有哪些？ 3）串励式电动机 励磁绕组和电枢绕组串联在同一电源上，通过的电流和电枢绕组的电流大小相等，电动机的 磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。
学习任务2 直流电机的工作原理
问题3：直流电动机的励磁方式有哪些？ 4）复励式电动机 复励电动机的励磁绕组既有并联绕组，又有串联绕组，串励绕组和并励绕组共同接在主极上， 并励匝数较多，串励励匝数较少。
问题3：如何对直流电动机进行制动控制？
1）能耗制动 （1）能耗制动方法 制动电流产生的转矩也和原来的方向相反，成为制动转矩，这 个转矩使电动机很快减速以至停转。这种制动是把贮存在系统 中的动能变换成电能，并消耗在制动电阻中，故称为能耗制动。
直流电机驱动
（2）同步齿型带
同步齿型带（带齿的皮带）、V型带（三角皮带）、平型带、 链、绳索（钢丝绳）、连杆等机构都是长距离传递运动的机构。 四连杆机构刚度好、精度高，机械手等系统上经常使用。
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Class is over. Bye-bye!
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感谢您的观看！
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8.5 气动驱动
气动执行装置的种类：气缸、气动马达。
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气动驱动的特点：
优点：（1）利用气缸可以实现高速直线运动； （2）利用空气的可压缩性容易实现力控制和缓冲控制； （3）无火灾危险和环境污染； （4）系统结构简单，价格低。
缺点：（1） 由于空气的可压缩性，高精度的位置控制和速度控 制都比较困难，驱动刚性比较差；
VR式步进电机用齿轮状的铁心作转子，定子是电磁铁，上面有绕组。在定 子磁场中，转子始终转向磁阻最小的位置。步距角一般为0.9o~15o。
HB式步进电机是PM式和VR式的复合形式。在永磁体转子和电磁铁定子的 表面上加工出许多轴向齿槽，产生转矩的原理与PM式相同，转子和定子的形状 与VR式相似，步距角一般为0.9o~15o。
这是 什么？
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8.4 液压驱动
液 压 缸
液 压 马 达
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液压驱动的特点：
优点：
（1）容易获得比较大的扭矩和功率； （2）功率/重量比大，可以减小执行装置的体积； （3）刚度高，能够实现高速、高精度的位置控制； （4）通过流量控制可以实现无级变速。
缺点：
（1）必须对油的温度和污染进行控制，稳定性较差； （2）有因漏油而发生火灾的危险； （3）液压油源和进油、回油管路等附属设备占空间较大。
直流电动机控制系统
直流电动机控制系统直流电动机是一种基本的电机类型，应用非常广泛。
而直流电动机控制系统则是控制直流电动机的关键工具。
本文将介绍直流电动机控制系统的工作原理、基本组成部分以及应用场景。
工作原理直流电动机控制系统的工作原理基于电流和电磁场的相互作用。
当通电后，电动机内的电流会在电磁铁中产生磁场。
这个磁场会作用于转子，导致它开始旋转。
而直流电动机控制系统的目的就是在保持稳定的基础上，改变电流的方向和大小，进而实现电机的转速控制。
组成部分直流电动机控制系统包含多个组成部分，下面将逐一介绍。
电源电源是直流电动机控制系统不可或缺的一个部分。
它提供了系统所需的电能，通常使用的是交流电源。
电动机电动机是直流电动机控制系统的核心，负责产生转动力。
根据控制系统的不同，会有不同规格的电机，例如不同转速和转矩。
电机驱动器电机驱动器是用来控制电流的方向和大小，改变电机的转速。
通常是由开关管、驱动电路以及电源组成。
传感器和反馈传感器和反馈是直流电动机控制系统中非常重要的部分，它可以检测电机的状态并将信息反馈给控制系统。
常用的传感器包括转速传感器、温度传感器等。
控制器控制器是直流电动机控制系统的大脑，根据传感器和反馈的信息来决定电机所要做的动作，例如改变电流的方向和大小，控制电机的运转。
应用场景直流电动机控制系统可以应用于许多领域，例如工业制造、航空和交通运输等。
在工业制造中，它可以应用于机械加工、制造生产线等设备；在航空中，它可以应用于航空器的起飞和着陆；在交通运输中，它可以应用于电动车辆、电动自行车和其他交通工具上。
直流电动机控制系统是控制电机的重要工具。
本文介绍了直流电动机控制系统的工作原理、基本组成部分以及应用场景。
希望本文能帮助您更好地了解直流电动机控制系统的基本知识，从而更好地应用于实际生产和生活中。
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。
直流电机驱动器工作原理
直流电机驱动器工作原理直流电机驱动器是一种常用的电机控制和驱动设备，它可以通过调节电源电压和电流来控制直流电机的转速和转向。
本文将详细介绍直流电机驱动器的工作原理。
直流电机驱动器通常由两个主要部分组成：电源部分和控制部分。
电源部分提供直流电源，供应电流给电机以产生电磁力。
直流电机通常使用直流电源作为输入，控制电机的速度和转向。
控制部分是直流电机驱动器的核心部分，它负责控制电机的转速和转向。
控制部分通常由电路和控制算法组成。
首先，电源部分将直流电源转换成合适的电压和电流，以供应给电机。
电源的稳定性对于电机的正常工作非常重要。
其次，控制部分通过测量电机的转速和转向，采用适当的控制算法来控制电机的转速和转向。
常见的控制算法包括PID控制算法和模糊控制算法等。
控制部分通过与电机连接的编码器或传感器来获取电机的转速和转向信息。
在工作中，直流电机驱动器接收外部控制信号，并将其转换成相应的电流和电压输出。
这些输出信号通过电机的绕组产生磁场，进而产生转矩，推动电机转动。
具体来说，当控制信号指示电机向前转动时，驱动器会提供足够的电流和电压，使电机产生适当的旋转力矩。
当控制信号指示电机反向转动时，驱动器则改变输出电流的方向，使电机反向旋转。
此外，直流电机驱动器还需要实现电机的速度和转向的精确控制。
通常，驱动器会根据电机的转速和转向信号，进行反馈控制，调整输出电流和电压的大小和方向，以达到控制电机转速和转向的目的。
总之，直流电机驱动器通过合适的电源供应和精确的控制算法，实现对电机速度和转向的控制。
它在许多领域中都有广泛的应用，如工业自动化、电动车辆和机器人等。
以上就是直流电机驱动器的工作原理的详细介绍。
相信通过本文的阐述，读者对直流电机驱动器的工作原理有了更深入的理解。
驱动电机及其控制技术
驱动电机及其控制技术驱动电机是电动汽车驱动系统的核心部件，其性能好坏直接影响电动汽车驱动系统的性能。
驱动电机一般有直流电机、交流电机、永磁电机和开关磁阻电机四种。
由于直流电机在电动车上的应用较少，主要介绍永磁同步电机、交流异步电机、开关磁阻电机三种电机及其控制技术。
一.永磁同步电机及其控制技术；永磁同步电机具有高效、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能。
它在电动汽车驱动方面具有很高的应用价值，受到国内外电动汽车界的高度重视，是最具竞争力的电动汽车驱动电机系统之一。
永磁同步电机分为正弦波驱动电流的永磁同步电机和方波驱动电流的永磁同步电机两种。
这里以三相正弦波驱动的永磁同步电机为例，阐述永磁同步电机的结构与特点。
永磁同步电机的结构和传统电机样，它主要由定子和转子两大部分构成。
定子与普通异步电机的定子基本相同，由电枢铁心和电枢绕组构成。
电枢铁心一般采用0.5mm硅钢冲片叠压而成，对于具有高效率指标或频率较高的电机，为了减少铁耗，可以考虑使用0.35mm的低损耗冷轧无取向硅钢片。
电枢绕组则普遍采用分布短距绕组；对于极数较多的电机，则普遍采用分数槽绕组；需要进一步改善电动势波形时，也可以考虑采用正弦绕组或其他特殊绕组。
转子主要由永磁体、转子铁心和转轴等构成。
其中永磁体主要采用铁氧体永磁和钕铁硼永磁材料；转子铁心可根据磁极结构的不同，选用实心钢，或采用钢板、硅钢片冲制后叠压而成。
与普通电机相比，永磁同步电机还必须装有转子永磁体位置检测器，用来检测磁极位置，并以此对电枢电流进行控制，达到对永磁同步电机驱动控制的目的。
根据永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电机的磁极结构可分为表面式和内置式两种。
(1)表面式转子磁路结构：在表面式转子磁路结构中，永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁心的外表面上，永磁体提供磁通的方向为径向。
表面式结构又分为凸出式和嵌入式两种，对采用稀土永磁材料的电机来说，因为永磁材料的相对回复磁导率接近，所以表面凸出式转子在电磁性能上属于隐极转子结构；而嵌入式转子的相邻两永磁磁极间有着磁导率很大的铁磁材料，故在电磁性能上属于凸极转子结构。
直流电动机驱动及其控制
度，满足高精度应用需求。
智能化与网络化
03
通过集成传感器、通信模块和控制单元，实现直流电动机的智
能化与网络化，提升系统的自动化和远程监控能力。
新材料与新技术的应用
新型磁性材料
利用新型磁性材料如稀土永磁材料，增强直流电动机的磁场强度 和稳定性，提高电机性能。
碳纤维复合材料
在电动机结构中应用碳纤维复合材料，减轻电机重量，提高机械强 度和耐腐蚀性。
案例三
总结词
航空航天领域对直流电动机驱动与控制技术有特殊要求，需要具备高可靠性、高稳定性 、抗干扰能力强等特点。
详细描述
在航空航天领域中，直流电动机驱动与控制系统广泛应用于各种飞行器、卫星和火箭的 控制系统。由于航空航天领域的特殊环境条件，对直流电动机驱动与控制系统的可靠性 、稳定性和抗干扰能力要求极高。因此，需要采用先进的材料、工艺和设计方法，确保
直流电动机驱动及 其控制
目录
• 直流电动机简介 • 直流电动机驱动技术 • 直流电动机的控制技术 • 直流电动机驱动与控制的挑战与展望 • 实际应用案例分析
01
CATALOGUE
直流电动机简介
直流电动机的基本原理
直流电动机的基本原理基于磁场和电流的相互作用。当电流通过电机的线圈时， 会产生磁场，该磁场与电机内部的磁铁相互作用，从而产生转矩驱动电机旋转。
案例二
总结词
工业自动化生产线中，直流电动机驱动与控制技术广泛应用于各种机械设备的驱动，具有高精度、高效率、高可 靠性等优点。
详细描述
在工业自动化生产线中，直流电动机驱动与控制系统能够实现精确的位置控制、速度控制和力矩控制，广泛应用 于机床、机器人、包装机械等设备的驱动。通过先进的控制算法，可以实现高精度的运动控制和工艺参数调节， 提高生产效率和产品质量。
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。
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图5-31 直流位置伺服系统
•
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数字式位置控制系统根据其位置反 馈信号检测和比较方式的不同分为以下 四种控制方案： 1．数字式脉冲控制的伺服系统（图5-32） 2．数字式编码控制的伺服系统（图5-33） 3．数字式相位控制的伺服系统（图5-34） 4．数字式幅值控制的伺服系统（图5-35）
图5-29 晶闸管转速与电流双闭环调速系统方框图
图5-30 晶体管脉宽调速系统方框图
二. 位置伺服系统 位置控制伺服系统是应用领域非常广泛的一 类系统，如数控机床、工业机器人和雷达天线等。 在速度伺服系统的基础上增加位置反馈环节就可 构成直流位置控制伺服系统。在位置伺服系统中， 位置环有模拟式和数字式，前者如仿形机床伺服 系统，采用自整角机的角度跟踪系统等。随着计 算机控制技术的发展，在位置控制伺服系统中， 越来越多采用数字式，而速度环常采用模拟式， 构成混合式的伺服系统。在这里只讨论数字式的 位置控制伺服系统。图5-31是现在广泛采用的位 置控制伺服系统组成示意图，图中TG是速度检测 装置，PG是位置检测装置。
• 式：
根据上式可得直流电机的调速公
U a I a Ra U a Ra CmI a n n0 kM Ce Ce Ce Cm
上式中，n0－理想空载转速；k－机械特性斜率。
从上式可知，直流电机的调速方法通常有三种：(1)
通过改变电枢电压Ua进行调速；(2)在电枢回路中串入 可调电阻Ra进行调速； (3)Ua保持恒定，在激磁回路中
图5-32 数字式脉冲控制的伺服系统
图5-33 数字式编码控制的伺服系统
图5-34 数字式相位控制的伺服系统
图5-35 数字式幅值控制的伺服系统
情况则相反。由此得到两种不同的被调制直流
电压。
图5-26 PWM脉宽调制波形图
开关功率放大器的作用是对电压－ 脉宽变换器输出的信号Us进行放大，输 出具有足够功率的信号Up ，以驱动直流 伺服电动机。
• 5.3.3 直流伺服系统的组成 • 一. 速度伺服系统 • 通过以上分析，我们知道，在PWM 构成的驱动电路中，只要改变脉冲的宽 度，就可以调节电机的转速。但这样的 调速系统是开环的，由于直流电动机本 身的机械特性比较软，直流开环伺服系 统不能满足机电一体化系统的要求，在 实际应用中一般都采用闭环伺服系统。 闭环直流调速系统中，目前用得最多的 是晶闸管直流调速系统和PWM直流脉宽 调速系统。
调制方法：
• (1)脉冲频率不变(T不变)，改变脉冲宽度(ton
改变)，从而改变占空比，这就是脉冲宽度
调制，英文名称是Pulse Width Modulation，
简写为PWM。
• (2)脉冲宽度不变(ton不变)，改变脉冲频率(T
改变)，从而改变占空比，这就是脉冲频率
调制，英文名称是Pulse Frequency
变)，电磁转矩与空载阻转矩和负载转矩相平衡。
描述直流电机稳态(静态)特性的基本方程为：
U a Ea I a Ra Ea Cen M CmI a M M0 M L
上式中 Ra－电枢总电阻(电枢绕组电阻和换向器接触电阻)；Ia－电枢总电
流；Φ－每级磁通；J－折算到电机转轴上的转动惯量；电势系数Ce＝ Np/60a，N为电枢绕组元件边数，p是极对数，a是电枢绕组的支路对数； 力矩系数Cm＝Np/2πa。
串入调节电阻Rf调速(弱磁调速)。
•
串入电阻调速将引起功率损耗，效率 低，机械特性变软，而且只能将转速调 低。弱磁调速的调速范围小，所以在伺 服系统的调速中，这两种方法都很少采 用。
• 电枢电压调速具有起动力矩大，阻 尼效果好，响应速度快且线性度好等特 点，所以在伺服系统中普遍采用，本节 也重点讨论电枢电压调速。
所示，电压的平均值为
ton U av U s U s T
图5-24 PWM原理图
•
ton 式中， T
为占空比。由上式可见，
改变开关接通时间ton和开关周期T的比例，
亦即改变脉冲的占空比，电机两端电压 的平均值也随之改变，因而电机的转速 就可以得到调节。
• 改变占空比的方法有两种，从而获得两种
•
晶闸管直流调速系统有单闭环调速系 统、双闭环调速系统和可逆调速系统。实际 中常用的具有转速、电流双闭环调速系统如 图5-29所示。系统具有速度调节器ST和电流 调节器LT两个控制环，电流调节环在里面， 是内环；速度调节环在外面，为外环。 • 采用双闭环原理组成的晶体管PWM调 速系统如图5-30所示，图中BU是电压－脉冲 变换器，EP是脉冲分配器。ST和LT一般都是 采用比例积分调节器。作为速度检测的元件 主要有直流测速发电机、频率发电机和编码 器等。
生器、电压－脉冲变换与分配器和功率放
大器等部分组成，如图5-25所示。
图5-25 PWM驱动电路框图
• 频率脉冲发生器可以是三角波发生器或者 锯齿波发生器，它的作用是产生一个频率 固定的调制信号U0。 • 电压－脉冲变换器的作用是将外加直流控 制电平信号Ue与脉冲频率发生器送来的三角 波电压U0在其中混合后，产生一个宽度被调 制了的开关脉冲信号。
5.3 直流电动机驱动及其控制
• 5.3.1 直流伺服电动机特性和 调速原理 • 5.3.2 直流电动机的驱动调速 方法 • 5.3.3 直流伺服系统的组成
3.1 直流伺服电动机特性和调速原理 直流伺服电动机是伺服系统中使用 最早，也是应用最广的执行元件。在性 能要求较高的系统中多采用直流伺服电 动机。 直流伺服电机的基本结构和工作原 理与普通直流电机基本相同，不同之点 只是它做得比较长一些，惯量小一些， 以便能满足快速响应的要求。
Modulation ，简写为PFM。
• 目前，直流电动机的调速电路中，以PWM的工作原理，必须有一种 电路或装置将控制转速的指令转换成脉 冲的宽度，其中元件工作在高速开关状 态，这种装置叫直流PWM驱动装置。
•
PWM脉宽调制放大器是由脉冲频率发
PWM法调速原理图5-24(a)所示是PWM控制的原理图。可 控开关S以一定的时间间隔重复地接通和断开。当S接通时，供 电电源US通过开关S施加到电机的两端，电源向1电机提供能量，
电机储能；当开关S断开，中断了供电电源US向电机提供能量。
在S接通期间电枢电感所储存的能量将通过续流二极管使电机电 流继续流通。于是在电机两端得到的电压波形如图5-24(b、c)
•
分配器的作用是将电压－脉冲变换 器输出的脉冲信号按一定的逻辑关系分 配到功率放大器的各个晶体管基极，以 保证各晶体管协调工作。
•
基极驱动电路工作在开关状态，它 对宽度被调制了的脉冲信号进行功率放 大，以驱动主电路的功率晶体管。
•
图5-26所示是一个电压－脉冲变换器线路
及调制原理的波形图。当控制电压Ue为零时， 输出电压UA和UB的脉冲宽度相同，且等于T/2(T 为三角波的周期)。当控制电压Ue为正时， UA 的宽度大于T/2， UB的宽度小于T/2； Ue为负时，
5.3.2 直流伺服电动机的驱动调速方法 直流电动机的电枢电压调速要求灵 活地控制电枢电压的大小和极性，因此 直流电动机的驱动电路实际上是一个可 控的大功率整流电路。常用的方法有可 控硅法和PWM法等。这里重点讨论PWM 法。
PWM驱动装置是利用大功率晶体管 的开关作用，将恒定的直流电源电压转 换成一定频率的方波电压，加在直流电 动机的电枢上，通过对方被脉冲宽度的 控制，改变电枢的平均电压，从而控制 电动机的转速。因此，这种装置又称为 “开关驱动装置”。
•
根据直流电动机的工作原理，当给电动机的激磁绕组通以直流电时，会 在电机气隙中建立极性不变的磁场(永磁电机由永久磁铁产生)。电枢绕组 两端加直流控制电压Ua时，电枢绕组中便产生电枢电流Ia ，处于气隙磁场 中的电枢载流导体受到磁场力的作用，产生电磁转矩M，驱动电动机转 动起来。电机一旦旋转起来之后，电枢导体将切割气隙磁场产生感应电 势Ea，其极性与Ua相反，称为反电势。当电机稳定运行的时候(转运n不