直流电机及调速系统

电机调速系统的基本结构_1
直流电机调速系统 开环调速系统
控制
驱动
速度控制
电机
机械
电机调速系统的基本结构_2
直流电机调速系统
速度负反馈闭环调速系统（半闭环） 速度控制
控制
驱动
电机
测量
机械
电机调速系统实例_1 (A)
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
右图为一数控 机床进给部件 中的电机调速 系统接线图
电磁式直流电机的种类
永磁式直流伺服电机结构
直流伺服电机构成 直流伺服电机的电源特点 直流伺服电机的类型
直流电机的基本方程_1
静态方程
Ia
静态方程是指电机稳态下的 机械平衡方程，电压平衡方 程。
直流电机的基本方程_1
动态方程
I
过渡状态—— 停止/启动、加速、 减速、加载、减载
直流电机的基本方程_1
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
速度指令
电机 测速电机
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
速度单元
速度指令
电机 测速电机
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
速度指令 速度环
电机 测速电机
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
电压— 脉冲变换
速度指令
速度环 电流环
它是一个速度 负反馈闭环 调速系统
控制
驱动
电机
电源 电源
电机调速系统的基本结构_3
直流电机调速系统 速度负反馈闭环调速系统（闭环）
速度控制
控制
驱动
电机
测量
机械
电机调速系统的基本结构_4
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环控制系统的结构 位置—速度双闭环控制系统的结构
位置控制
控制1
控制2
驱动 电机 机械
理想转速
转速降
Ia
直流电机调速的基本概 念：
什么是恒转距调速？ 什么是恒功率调速？
什么是动态平衡方程？ 什么是静态平衡方程？
这两类方程的应用场合。
直流电机的控制方法
工业PC 可编程控制器
单片机
电机调速系统的作用
机床在加工过程中、需要按不同的加工要求，调整主轴的转速、 进给速度。为保证工件表面质量和精度．求调速系统调速稳 定．能迅速消除扰动(主要是负载和电枢电压波动)而引起的转速 波动。要求系统具有足够的动态稳定性和快速性，使起动、制动、 调速过程平稳迅速。
数
伺服系统设计实例_分析1
解决问题的方法 通过数学建模来分析整个系统的问题
信号
驱动单元数学模型 电机单元数学模型 机械单元数学模型
目标运动
伺服系统设计实例_分析2
数学建模来分析整个系统的问题 数学模型应解决什么问题 数学模型如何来实现互联
ห้องสมุดไป่ตู้
驱动单元数学模型
信号
电机单元数学模型
机械单元数学模型
额定转速
电机调速基本概念
调速范围
静差度
由静差度许可值 求调速范围
在额定电压，额定负载条件下 （电机铭牌上所给出的数据）
额定转速
直流电机的基本特性_1
转速降
理想转速
Ia
Ia
普通直流电机的铭 牌数据
额定工作转速 额定工作转矩 额定工作电压 额定工作电流 电机线圈直流内阻
电机调速基本概念
右图为一数控 机床进给部件 中的电机调速 系统接线图
它是一个速度 负反馈闭环 调速系统
控制
驱动
电机
电源 电源
电机调速系统实例_1 (B)
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
电机调速系统实例_1 (C)
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
电机调速系统实例_1 (D)
电机 测速电机
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
电压— 脉冲变换
速度指令
速度环 电流环
电机 测速电机
系统的稳态设计也要分步骤进行，首先要根据被控对象运动的特点，
选择系统的执行电机和相应的机械传动机构；接着可以选择或设计驱动
执行电机的功率放大装置；再根据系统工作精度的要求，确定检测装置
具体的组成形式，选择元件的型号规格，设计具体的线路参数。然后根
动态方程
I(t)
过渡状态—— 停止/启动、加速、 减速、加载、减载
直流电机的基本方程_2
电流
直流电机的调速原理
电压调速
直流电机的速度控制原理_1
Ia
机械特性方程的推导
直流电机的基本特性_1
理想转速
转速降
Ia
机械特性曲线
K值的大小反映了什么？
KM 也被称为转速降△n，其物理意义是负栽对转速的影响
目标运动
伺服系统设计实例_分析3
数学建模来分析整个系统的问题 数学模型应解决什么问题 数学模型如何来实现互联
信号 信号
输入 驱动单元数学模型 输出
输入
电机单元数学模型
输入
输出
机械单元数学模型
输出
目标运动
电机调速系统的一般结构形式
电机调速系统实例_1 (A)
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
据已确定的执行电机、功率放大装置和检测整置，设计前置放大器、信
号转换线路等。在考虑各种部件相互联接时，要注意阻抗的匹配、饱和
界限、分辨率、供电方式和接地方式。为使有用信号不失真的、不失精
度地有效传递，耍设计好福合方式。同时也要考虑必要的屏蔽、保护、
滤波……等抗干扰措施。
建立系统的动态数学模型
经过系统的稳态设计，系统主回路各部分均己确定。但稳态设 计依据的主要是系统的稳态性能指标，因此所构成的系统还不能 保证满足系统动态性能的要求，为系统的动态设汁作准备，需要 对稳态设计所确定的系统作定量计算(或辅助实验测试)，建立它 的动态数学模型，称之为原始系统的数学模型。
直流电机及调速系统
直流电机工作原理
从图中可以看出，接入直流电源以后，电刷A为正极性，电刷B为负极性。
电流从正电刷A经线圈ab、cd，到负电刷B流出。根据电磁力定律，在载流导体
与磁力线垂直的条件下，线圈每一个有效边将受到一电磁力的作用。电磁力的
方向可用左手定则判断，伸开左手，掌心向着N极，4指指向电流的方向，与4 指垂直的拇指方向就是电磁力的方向。在图示瞬间，导线ab与dc中所受的电磁 力为逆时针方向，在这个电磁力的作用下，转子将逆时针旋转．即图中S的方向。
以下将对一个简易的直流电机转速负反馈调速 系统进行分析，通过该例掌握电机调速系统的 工作原理、分析方法。
系统结构模型
电机建模
换流装置建模
放大器建模
测量传感器建模
系统综合建模
闭环系统与开环系统比较
开环系统稳态方程
闭环系统稳态方程
系统性能改善的分析式
系统性能改善的分析式
系统性能改善的分析式
系统的动态设计
根据被控对象对系统动态性能的要求，结合以上获得的原始系统数学 模型，进行动态设计，要确定采用什么校正(补偿)形式，Q定校正(补偿) 装置具体线路和参数，确定校正装置在原始系统中具体联接的部位和联 接方式。使校正(补偿)后的系统能满足动态性能指标要求
直流电机转速负反馈 闭环控制系统分析
测量2
测量1
电机调速系统实例_2
CNC系统
驱动系统
伺服电机
传感器
CNC中的伺服系统
机床本体
系统实例 数控系统+驱动单元+伺服电机
系统实例
伺服系统设计实例_1
设计条件
最大纵向进给力 工作台质量 工件等质量 定位精度 导轨形式及材料
设计条件转化成 分析条件
？ ？ ？ ？ ？
设计目标
拟定其传动系统 选择伺服电机 确定反馈控制结构 选择伺服系统的参
直流伺服电机的基本特性_2
启动特性曲线
启动电压
启动电压的物理意义？
电机调速基本概念
P 恒功率调速
n
M
n
电机调速基本概念
P 恒转矩调速
n
M
n
电机调速基本概念
调速范围
在额定电压，额定负载条件下 （电机铭牌上所给出的数据）
额定转速
电机调速基本概念
调速范围 静差度
在额定电压，额定负载条件下 （电机铭牌上所给出的数据）
控制
驱动
电机
电源 电源
电机调速系统实例_1 (E)
控制
驱动
电机
电源 电源
电机调速系统实例_1 (F)
控制
驱动
电机
电源 电源
电机调速系统实例_1 (G)
控制
电机调速系统实例_1 (H)
位置控制实现原理 控制
电机调速系统实例_1 [总结]
通过以上的实例，同学应掌握如下内容 1. 电机调速系统结构的一般形式和工作原理 2. 电机调速系统中速度闭环和位置闭环的区别 3. 电机调速系统系统中速度指令的形式 4. 电机调速系统系统中的位置控制实现原理