力矩电机选取

力矩电机选取

1 已知控制系统参数

1.1 最大跟踪角速度 Ωm 1.2 最大跟踪角加速度 εm 1.3 最大调转角速度 Ωlim 1.4 最大调转角加速度 εlim 1.5 最大跟踪误差 e m 1.6 阶跃响应调节时间 t s 1.7 负载转动惯量 J c 1.8 负载摩擦力矩 T c

2 直流力矩电机参数

2.1 峰值堵转力矩 T mbl 2.2 峰值堵转电压 U m 2.3 峰值堵转电流 I m 2.4 最大空载转速 n mo 2.5 连续堵转力矩 T cbl 2.6 连续堵转电压 U c 2.7 连续堵转电流 I cbl 2.8 转子转动惯量 J c 2.9 电势系数 C e 2.10 反电势系数K e

K e =9.55 C e （2-1）

2.11 转矩系数 K m

K m =K e

（2-2）

2.12 电磁时间常数T e

Ra

La

=

Te （2-3） 2.13 机电时间常数T m

Km Ke JRa

*Tm =

（2-4）

2.14 理想空载转速n io

Ce

Um =

nio （2-5）

2.15 自身摩擦力矩T tc

)(nio

Tmbl

Ttc nmo nio -=

（2-6） 2.16 电机内阻R a

Imbl

Um

Ra =

（2-7）

2.17 电机电感L a

3 电机及负载传递函数 永磁直流力矩电机特性可由下列4个方程描述：

i(t)Km M(t)⋅=

(3-1)

)()

()()(2

2t Mc dt t d b dt t d J t M ++=θθ (3-2) (t)Ke E(t)ω⋅=

(3-3)

(t))

()()(ω⋅++⋅=Ke dt

t di La

Ra t i t Ua (3-4) 注：b 为粘性摩擦系数，E(t)为电机反电势，Mc(t)为非惯性负载力矩（包

括摩擦），（3-2）为机械回路方程，（3-4）为电气回路方程。

根据上图，若令Tm=JRa/KmKe 为机电时间常数，Ta=La/Ra 为电气时间常数，当b 很小时，可得出电机转速对电枢电压的传递函数为：

1

/1)

()

(2++=

Tms TmTas Ke

s Ua s ω

（3-5）

电气时间常数Ta 反映电动机电感对电流上升时间的延迟； 机电时间常数Tm 反映电动机的机械延迟。 一般Ta 远小于Tm ，（3-5）可简化为

1

/1)

()

(+=

Tms Ke

s Ua s ω

（3-6）

3.1 Km 的求取

转矩常数Km=ω/Ua (ω(rad/s)为输出角速度,Ua 为输入电压) 测速反馈系数K=Uo/ω (Uo(伏)为测速元件输出电压) 可得 Km=Uo/Ua*K

在不同的输入电压Ua 下,可测出不同的Km 值。 3.2 Tm 的求取（阶跃响应法）

对电机加入阶跃输入电压Ua ，将测速输出电压（间接代表转速ω）接到笔

图1 直流电机结构框图

式记录仪上，可得转速随时间的变化曲线，当转速达到稳定值的63.2%时，所对应的时间值等于电机的时间常数Tm 。

同理，当负载与电机轴直接固连时，可得电机的位置模型：

)

1(/1)

()

(+=

T m s s Ke

s Ua s θ