第2章伺服控制基础知识教材课程

(一)异步(交流)测速发电机--模拟测量方式
异步测速发电机的结构和空心杯形转子伺服电动机相似，其原理电 路图如图所示。
空心杯转子异步测速发电机结构原理如图所示： 1.有两个定子，外定子和内定子，外定子铁芯槽内安放有励磁绕组和输 出绕组，彼此在空间相差90°电角度；而内定子一般不放绕组，仅作磁 路的一部分； 2.空心杯转子位于内外绕组之间，通常用非磁性材料（如铜、铝或铝合 金）。
同步电机和异步电机的区别：三相交流电通过一定结构的定子绕组时, 要产生旋转磁场.在旋转磁场的作用下,转子随旋转磁场旋转。如果转子 的转速同旋转磁场的转速完全一致,就是同步电机;如果转子的转速小于 磁场转速,也就是说两者不同步,就是异步电机。
异步电机结构简单,应用广泛；同步电机转子本身产生固定方向的磁 场(用永磁铁或直流电流产生),定子旋转磁场"拖着"转子磁场(转子)转动 ,因此转子的转速一定等于同步速。
绝对脉冲发生器码盘
格雷码盘
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十位绝对式编码器
旋转编码器 400线（400脉冲/周）
型号：增量型旋转编码器，A、B两相。通过旋转的光栅盘和光耦产生 可识别方向的计数脉冲信号。 性能：400P/R-400脉冲每转。DC12-24V供电，最小5V供电。最大 机械转速10000转/分，响应频率：0-20KHz； 用途：用于测量物体的旋转速度、角度、加速度及长度测量。 使用范围：适用于各种位移变化智能控制、钢筋定长裁剪控制器、民用 的测身高人体秤、大学生比赛用机器人等。 特点：具有体积小、重量轻，安装方便，性价比极高的显著优点。 接线输出：A相，B相，Vcc正电源，V0地，屏蔽线。接线颜色产品铭 牌上有明确标注。
一、速度检测
在伺服系统中，机械的运动速度控制是最基本的控制内容，当对速 度的稳定精度提出较高要求时，就要求对驱动电动机能够实行速度的 闭环控制。
速度闭环控制系统中，常用的速度检测元件一般分为二类，即：模拟 速度检测元件和数字速度检测元件。测速发电机就是一种模拟速度检 测元件。由测速发电机构成的速度闭环控制系统，其精度控制在
直流测速发电机的主要优点是：没有相位波动，没有剩余电压，输出特性的
斜率比异步测速发电机的大（即测量值变化明显）。 其主要缺点是：由于有电刷和换向器，因而结构复杂，维护不便，摩擦转矩 大，有换向火花，产生无线电干扰信号，输出特性不稳定，且正、反向旋转 时，输出特性不对称。
(三)光电测速盘（光电编码器）--数字测量方式
第二章 伺服控制基础知识
内容提要
第1节 电力电子器件的应用 第2节 检测元件
第2节 检测元件
速度检测 角度（角位移）检测 位置检测
• 数控机床对位置检测元件的要求
1．具有高可靠性和高抗干扰能力； 2．可满足数控机床精度和速度的要求； 3．能适应生产现场的工作环境，使用、维护方便； 4．价格低，寿命长； 5．便于与数控机床安装、连接。
1.光电测速原理 2.电动机旋转方向辨别 3.数字测速方法
增量式光电测速原理
光敏元件
光源
脉冲频率：fc=Nn/60 N----圆盘的小孔数，受限于圆盘的大小。 n----电动机转速
可见：输出频率fc与转速n呈正比。 这种测量精度比测速机的精度高出几个数量级。
电动机旋转方向辨别：
设置一对光电传感器，并使彼此测得信号相差90°相位角，根据测得脉 冲的超前、滞后情况加以判断。
3﹪之内已属不易。
测速发电机是一种微型发电机，它的作用是将转速变为电压信号，在 理想状态下，测速发电机的输出电压Uo可以用下式表示：
Uo＝K*n＝KK’(dθ/dt)
(2-1)
式中 KK′ --比例常数(即输出特性的斜率)；
n及θ--测速发电机转子的旋转速度、旋转角度。
可见，测速发电机主要有两种用途：
(二)直流测速发电机--模拟测量方式
直流测速发电机是一种用来测
量转速的小型他励直流发电机， 其工作原理见图2-44。
空载时： UaoECen
负载时：
U UEIaRaCenRLRa
U C en 1 Ra RL
来自百度文库
只要Ce（与磁通有关）与Ra、RL保持不变，则输出电压U与转速n成 正比。改变转子的转向，则电势极性改变，输出电压的极性也改变。因 此，直流测速发电机便将转速信号变换成电压信号，达到测速的目的。
1. 其输出电压与转速成正比，故可用于测速度； 2. 如果以转子旋转角度为参数变量，则可作为机电微分、积分器。
因此测速发电机广泛用于速度和位置控制系统中。
根据结构和工作原理的不同，测速发电机分为直流测速发电机、交流测 速发电机。
交流测速发电机分交流同步测速发电机和交流异步测速发电机。 交流同步测速发电机：其输出电压，不仅其幅值与转速有关，其频率也 与转速有关，致使电机本身的阻抗与负载阻抗也与转速有关。这样，输出 电压与转速呈非线性关系，因此，同步测速发电机不宜用于自动控制系统 。 交流异步测速发电机：其输出电压与转速有严格的线性关系，广泛用于 自动控制系统。
绝对式脉冲编码器
绝对式脉冲编码器不需要基数，它在任意位置都给出与其对应的一个 固定数字码输出。
常用的绝对式脉冲编码器有接触式码盘、光学码盘和磁性码盘。
例如：接触式码盘，敏感元件电刷与码盘上导电区直接接触，以检测 出码盘的位置。
码盘基体是绝缘体，码道是一组同心圆导体，码道的数目根据分辨率
来决定； 同心圆的径向距离是码道的宽度。若码道数为n，则每周测量的分辨 率为360°/2n。以这个角度为间隔，在一周内划出2n个扇区，如下图所示 。 其中阴影部分为导电区，逻辑电平为“1”，白色部分为绝缘区，逻 辑电平为“0”。每个码道上装有一个电刷，每个电刷和一根单独电线相 连，作为某一位逻辑电平“1”或“0”的输出。这样一组扇形区对应于 一个二进制数。一般外轨道为低位，内轨道为高位，这样就可用二进制 数来表示码盘转过的角度。
内定子
励磁绕组 输出绕组
测量仪器
转子
当转子不转时，励磁后由杯形转子中的感应电流（包括涡流）产生的磁 场与输出绕组轴线垂直，输出绕组不感应电动势；
当转子转动时，由杯形转子感应电流产生的磁场与输出绕组轴线重合， 在输出绕组中感应的电动势大小正比于杯形转子的转速，而频率和励磁电 压频率相同。反转时输出电压相位也相反。（p33）
直流测速发电机与异步测速发电机的性能比较：
异步测速发电机的主要优点是：不需要电刷和换向器，因而结构简单，维护
容易，惯量小，无滑动接触，输出特性稳定，精度高，摩擦转矩小，不产生 无线电干扰（无摩擦火花），工作可靠，正、反向旋转时输出特性对称。 其主要缺点是：存在剩余电压和相位误差，且负载的大小和性质会影响输出 电压的幅值和相位。