伺服電機(jī)原理教學(xué)ppt課件

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1、第三章驅(qū)動(dòng)元件及其計(jì)算機(jī)控制直流伺服電機(jī)及其控制交流伺服電機(jī)及其控制液壓、氣動(dòng)閥及其控制3.1直流伺服電機(jī)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(jī)忠實(shí)地執(zhí)行頻繁變化的位置或速度指令，精確地控制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的位移或角度，這種自動(dòng)系統(tǒng)稱(chēng)伺服系統(tǒng)或隨動(dòng)系統(tǒng)。以直流伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件的伺服系統(tǒng)，稱(chēng)直流伺服系統(tǒng)。以交流伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件的伺服系統(tǒng)，稱(chēng)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(fù)載能力強(qiáng)響應(yīng)速度快穩(wěn)定性和可靠性高3.1.2直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)和速度控制原理直流電機(jī)的輸出電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為：控制直流

2、伺服電機(jī)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(lì)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(diǎn)：一元函數(shù)，線性較好，控制方便；響應(yīng)速度快；輸出轉(zhuǎn)矩大。3.1.3直流伺服電機(jī)的基本特性1、機(jī)械特性在輸入的電樞電壓Ua保持不變時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨電磁轉(zhuǎn)矩M變化而變化的規(guī)律，稱(chēng)直流電機(jī)的機(jī)械特性。K值大表示電磁轉(zhuǎn)矩的變化引起電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化大，這種情況稱(chēng)直流電機(jī)的機(jī)械特性軟；反之，斜率K值小，電機(jī)的機(jī)械特性硬。在直流伺服系統(tǒng)中，總是希望電機(jī)的機(jī)械特性硬一些，這樣，當(dāng)帶動(dòng)的負(fù)載變化時(shí)

3、，引起的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化小，有利于提高重流電機(jī)的速度穩(wěn)定性和工件的加工精度。功耗增大。機(jī)械特性曲線2、調(diào)節(jié)特性直流電機(jī)在一定的電磁轉(zhuǎn)矩M（或負(fù)載轉(zhuǎn)矩）下電機(jī)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(chēng)為直流電機(jī)的調(diào)節(jié)特性。斜率K反映了電機(jī)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(fù)載大小無(wú)關(guān)，僅取決于電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)。3、動(dòng)態(tài)特性從原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，存在一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，這就是直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。決定時(shí)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(jī)械特性硬度的影響。3.1.4直流伺服電

4、機(jī)的種類(lèi)和主要技術(shù)參數(shù)按轉(zhuǎn)動(dòng)部分慣性大小來(lái)分：小慣量直流電機(jī)——印刷電路板的自動(dòng)鉆孔機(jī)中慣量直流電機(jī)（寬調(diào)速直流電機(jī)）——數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)大慣量直流電機(jī)——數(shù)控機(jī)床的主軸電機(jī)特種形式的低慣量直流電機(jī)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(jī)的選擇，是根據(jù)被驅(qū)動(dòng)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和控制要求來(lái)確定。3.1.5直流伺服電機(jī)的速度控制1、直流伺服電機(jī)速度控制技術(shù)指標(biāo)（1）調(diào)速范圍D——電機(jī)在額定負(fù)載下（2）靜差度S——指電機(jī)由理想空載增加到額定負(fù)載時(shí)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(gè)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(jī)調(diào)速——對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大（1）線性型優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)；缺點(diǎn)：發(fā)熱厲害，耗損大。適用于小功率低慣量直流電機(jī)。（2）開(kāi)關(guān)型對(duì)直流電機(jī)采用脈沖方式供電，PWM優(yōu)點(diǎn)：功率損耗小，運(yùn)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(yùn)行的場(chǎng)合。已普遍用于中小慣量的直流電機(jī)調(diào)速。（3）晶閘管型（可控硅型）對(duì)直流電機(jī)采用脈沖方式供電，PWM優(yōu)點(diǎn)：輸出功率大，電流大。適用于大功率大慣量的直流電機(jī)調(diào)速。雙向式PW

6、M調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向處決于t1的大小。優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：工作過(guò)程中4個(gè)功率三極管都處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，故開(kāi)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(jī)閉環(huán)速度控制系統(tǒng)3.1.6直流伺服電機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)位置伺服模塊3.2交流伺服電機(jī)及其控制3.2.1交流伺服控制的發(fā)展直流電動(dòng)機(jī)——具有很好的控制性能和調(diào)速性能；但其致命弱點(diǎn)是常產(chǎn)生火花和磨損，電刷和換向器需要經(jīng)常的維護(hù)和保養(yǎng)。交流電動(dòng)機(jī)——調(diào)速比較困難。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的進(jìn)步，交流電機(jī)調(diào)速控制

7、己在大功率、高電壓、高精度、快響應(yīng)等領(lǐng)域中的應(yīng)用己取得重要進(jìn)展。3.2.2交流伺服電機(jī)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(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子中銅條產(chǎn)生電流，有電流流過(guò)的銅條在磁場(chǎng)中受力的作用，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相同，其旋轉(zhuǎn)速度n可表達(dá)為：感應(yīng)式電機(jī)的速度控制有3種方法：①改變加在電機(jī)上的電源頻率f；②改變轉(zhuǎn)差率s，即改變加在電機(jī)上的電源電壓；③改變電機(jī)的磁極對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)差率的改變來(lái)達(dá)到控制速度的目的?？刂贫ㄗ与妷?/p>

8、調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：①速度控制范囿為1：10；②可以進(jìn)行制動(dòng)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(diǎn)是：由于轉(zhuǎn)子輸入功率與負(fù)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(jī)輸入電壓控制電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)選用轉(zhuǎn)子