伺服电机传递函数

TA
* Un
U i*
转速调节器
Un
-
Ui
内环 电流调节器
GT
Ud
V 无刷 电机
Uc
+ -
+
外环 速度计算 转子位置 传感器
双闭环控制系统动态数学模型
从直流伺服电动机动态数学模型中可以看出，直流伺服电动机有两个输 入量，一个是外加电压信号，另一个是负载转矩；前者是控制输入量， 后者是扰动输入量。将扰动输入量的综合点移前，并进行等效变换，可 得如下直流伺服电动机动态等效结构图，如下图所示。
e 1
1
Pn

d
d
1 1 U d Ce n I d R 2 2
1 (U d I d R ) 2 n C e n
式中为回路等效电阻，包括电机两相电阻和管压降等效电阻。式表明， 无直流电机的转速公式与直流电动机的转速公式十分相似，可证明，当 气隙分布为方波，电机绕组为整距集中时，直流伺服电动机的转速公式 与直流电机完全一样。 本系统是通过调节逆变器功率器件的PWM触发信号的占空比来改变输入 电机的平均电压而实现调速的。
C K 上式中：K1为电动势传递函数系数，1 1/ Ce ，e 为电动势系数； 为转矩传递系数， ； 为电动机内阻，为转矩 K 2 R / Ce Ct R Ct 系数； 为机电时间常数， ， 为转子重量，为转子直 Tm RGD2 / 375 eCt C G D 径。
直流伺服电动机的调速方法
U i*
Ui
W ACR ( s )
U ct

TL
Ia 1 Kt La s Ra

1 Js R


以下是系统初始程序代码：
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • CSEG AT 2080N MAIN_START: DI；设置中断 LD SP, #0200H；设置堆栈，设置中断屏蔽寄存器 LDB INT_MASK,#04H ；允许CAPCOMP0中断 LDB INT_MASK,#60H ；允许PI和EXTINT中断 LDB WSR，#3EH ；映射64字节窗口至1F80H～1FBFH LDB PI_MASK_W0,#10H ；设置外设中断屏蔽寄存器对WG初始化 LD INT_MASK,#04H ；设置PWM载波周期 LD FMIN,#MIN_PREQ ；置变频器最低频率 LD FMAX,#MAX_FREQ ；置变频器最高频率 LD STEP,CLOCK_I ；置初始变频器频率（调置频率） LD STEP+2,CLOCK_I+2 ；＝CLOCK_I/FMIN MULUB FCOMMAND,FMIN,#6 ；初始节拍时间STEP=CLOCK_I/(6*FMIN) DIVN STEP,FCOMMAND ；置初始AMP值 MULU BAMP_PTR,FMIN,#8 MULU AMPLITUDE,TC,AMP[AMP_PTR] LD AMPLITUDE,AMPLITUDE+2 CLRB PHASE ；清除节拍计数器 LDB WSR,#3FH ；映射64字节窗口至1FC0H～1FFFH LD WG_RELOAD_W0,TC ；置PWM载波周期 EI LDB INT_PEND1,#20H ；把下一个值置给WG_COMP LD WG_OUT_W0,#0106H ；按节拍5设置波形发生器的输出 LD WG_OUT_W0,#2106H ；设置同步位 LDB WG_PROTECT_W0,#05H ；允许WG输出，上升沿触发中断 LD WG_CON_W0,3400H ；方式3，无信号时间为0，启动计数器 LDB INT_PEND1,#20H ；把下一个值置给WG_COMPX LDB WSR,#3DH ；映射64字节窗口至1F40H～1F7H LDB T1CONTROL_W0,#0C1H ；允许T1，向上计数，内部时钟，预分频系数为2 LDB CAPCOMPO_CON_W0,#44H ；比较方式，允许外设功能 ADD CAPCOMPO_TIME_W0,TIMER1,STEP ；设置中断周期
电磁转矩
直流伺服电动机的电磁转矩可由电机的电磁功率 速度 求得
Pe
和角
Te
Pe


(U d I d R )

将前面的公式带代入上式得
源自文库Te 2 N1n I d
直流伺服电动机双闭环系统 为了改善直流伺服电动机控制系统的动态特性，就很有必要在速度负 反馈单闭环控制系统的基础上再引入电流负反馈环来控制系统动态过 程的电流和转矩。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系 统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联 接，直流伺服电动机双闭环控制系统如图所示。
TL (s )
K t ( La s Ra )
U (s )
－
1 ( La s Ra )( Js R ) K t
(s )
U n (s) ( s )
U i ( s) I a (s)
直流伺服电动机双闭环控制系 统框图
Kt
Ks U Ts s 1
* Un
Un
W ASR (s )
传递函数 直流伺服电动机的运行和传统直流电动机基本相同，其动态结构图可以 采用直流电动机通用的结构图
U (s)
E (s)
1 R
I (s)
Ct
Te (s )

375 GD S
2
n(s)
Ce
TL (s )
由直流伺服电动机动态结构图得其传递函数为：
n( s ) K1 K2 U ( s) TL 1 Tm s 1 Tm s
P
n E 直流伺服电动机定子绕组，相电势幅值由下式确定： 2fN1 60 N1 n Ce n
N 式中 C 2 60 N 为电势系数； 为相绕组等效匝数； R 若考虑线路损耗及电机内部压降（已归入 ），而且，导通型逆变器的输 1 U 出电压幅值为 U 1/ 2U ，则电机电势与外加电压相平衡， E 2 U ，即