伺服電機原理教學ppt課件

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1、第三章驅(qū)動元件及其計算機控制直流伺服電機及其控制交流伺服電機及其控制液壓、氣動閥及其控制3.1直流伺服電機及其控制3.1.1伺服系統(tǒng)的要求“伺服”一詞是跟隨的意思，即被控的電機忠實地執(zhí)行頻繁變化的位置或速度指令，精確地控制機械系統(tǒng)運動的位移或角度，這種自動系統(tǒng)稱伺服系統(tǒng)或隨動系統(tǒng)。以直流伺服電機為驅(qū)動元件的伺服系統(tǒng)，稱直流伺服系統(tǒng)。以交流伺服電機為驅(qū)動元件的伺服系統(tǒng)，稱交流伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)的要求工作精度高調(diào)速性能好帶負載能力強響應速度快穩(wěn)定性和可靠性高3.1.2直流伺服電機結(jié)構(gòu)和速度控制原理直流電機的輸出電磁轉(zhuǎn)矩表達式為：控制直流

2、伺服電機電磁轉(zhuǎn)矩和速度的方法有兩種：一種是改變電樞電壓Ua即改變電樞電流Ia的方法；另一種是改變勵磁電流If即改變磁通ф的方法。常用調(diào)節(jié)電樞電壓的方法。優(yōu)點：一元函數(shù)，線性較好，控制方便；響應速度快；輸出轉(zhuǎn)矩大。3.1.3直流伺服電機的基本特性1、機械特性在輸入的電樞電壓Ua保持不變時，電機的轉(zhuǎn)速n隨電磁轉(zhuǎn)矩M變化而變化的規(guī)律，稱直流電機的機械特性。K值大表示電磁轉(zhuǎn)矩的變化引起電機轉(zhuǎn)速的變化大，這種情況稱直流電機的機械特性軟；反之，斜率K值小，電機的機械特性硬。在直流伺服系統(tǒng)中，總是希望電機的機械特性硬一些，這樣，當帶動的負載變化時

3、，引起的電機轉(zhuǎn)速變化小，有利于提高重流電機的速度穩(wěn)定性和工件的加工精度。功耗增大。機械特性曲線2、調(diào)節(jié)特性直流電機在一定的電磁轉(zhuǎn)矩M（或負載轉(zhuǎn)矩）下電機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n隨電樞的控制電壓Ua變化而變化的規(guī)律，被稱為直流電機的調(diào)節(jié)特性。斜率K反映了電機轉(zhuǎn)速n隨控制電壓Ua的變化而變化快慢的關(guān)系，其值大小與負載大小無關(guān)，僅取決于電機本身的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)。3、動態(tài)特性從原來的穩(wěn)定狀態(tài)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，存在一個過渡過程，這就是直流電機的動態(tài)特性。決定時間常數(shù)的主要因素有：慣性J的影響、電樞回路電阻Ra的影響、機械特性硬度的影響。3.1.4直流伺服電

4、機的種類和主要技術(shù)參數(shù)按轉(zhuǎn)動部分慣性大小來分：小慣量直流電機——印刷電路板的自動鉆孔機中慣量直流電機（寬調(diào)速直流電機）——數(shù)控機床的進給系統(tǒng)大慣量直流電機——數(shù)控機床的主軸電機特種形式的低慣量直流電機主要技術(shù)參數(shù)：額定功率Pe額定電壓Ue額定電流Ie額定轉(zhuǎn)速ne額定轉(zhuǎn)矩MIe調(diào)速比D直流伺服電機的選擇，是根據(jù)被驅(qū)動機械的負載轉(zhuǎn)矩、運動規(guī)律和控制要求來確定。3.1.5直流伺服電機的速度控制1、直流伺服電機速度控制技術(shù)指標（1）調(diào)速范圍D——電機在額定負載下（2）靜差度S——指電機由理想空載增加到額定負載時的轉(zhuǎn)速降落Δne與理想空載轉(zhuǎn)速

5、n。之比（3）調(diào)速的平滑性Q——用兩個相近轉(zhuǎn)速之比表示Q值越接近1，表示調(diào)速平滑性越好。2、直流伺服電機調(diào)速——對控制信號進行功率放大（1）線性型優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，成本低，加速能力強；缺點：發(fā)熱厲害，耗損大。適用于小功率低慣量直流電機。（2）開關(guān)型對直流電機采用脈沖方式供電，PWM優(yōu)點：功率損耗小，運行效率高，加減速性能好，尤其是在要求低速大轉(zhuǎn)矩下連續(xù)運行的場合。已普遍用于中小慣量的直流電機調(diào)速。（3）晶閘管型（可控硅型）對直流電機采用脈沖方式供電，PWM優(yōu)點：輸出功率大，電流大。適用于大功率大慣量的直流電機調(diào)速。雙向式PW

6、M調(diào)速電機的轉(zhuǎn)動方向處決于t1的大小。優(yōu)點：電樞電流穩(wěn)定連續(xù)，外特性硬度高，死區(qū)很小，低速性能好，調(diào)速范圍寬；缺點：工作過程中4個功率三極管都處于開關(guān)狀態(tài)，故開關(guān)損耗大，易發(fā)生上、下兩管直通，造成電源短路等。單向式PWM調(diào)速3、直流伺服電機閉環(huán)速度控制系統(tǒng)3.1.6直流伺服電機位置伺服控制系統(tǒng)位置伺服模塊3.2交流伺服電機及其控制3.2.1交流伺服控制的發(fā)展直流電動機——具有很好的控制性能和調(diào)速性能；但其致命弱點是常產(chǎn)生火花和磨損，電刷和換向器需要經(jīng)常的維護和保養(yǎng)。交流電動機——調(diào)速比較困難。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的進步，交流電機調(diào)速控制

7、己在大功率、高電壓、高精度、快響應等領(lǐng)域中的應用己取得重要進展。3.2.2交流伺服電機結(jié)構(gòu)和工作原理工作原理：定子繞組通入三相交流電后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子中銅條產(chǎn)生電流，有電流流過的銅條在磁場中受力的作用，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向相同，其旋轉(zhuǎn)速度n可表達為：感應式電機的速度控制有3種方法：①改變加在電機上的電源頻率f；②改變轉(zhuǎn)差率s，即改變加在電機上的電源電壓；③改變電機的磁極對數(shù)p。①改變定子電壓的速度控制其基本原理——是利用電機轉(zhuǎn)差率的改變來達到控制速度的目的。控制定子電壓

8、調(diào)速的優(yōu)點是：①速度控制范囿為1：10；②可以進行制動控制（定子繞組中通人直流電流或通入相序反向的交流電流）。缺點是：由于轉(zhuǎn)子輸入功率與負載轉(zhuǎn)矩成比例，隨著轉(zhuǎn)速的降低，損失增加，效率降低。采用改變電機輸入電壓控制電機轉(zhuǎn)速時，應選用轉(zhuǎn)子