伺服電機與伺服控制系統(tǒng)原理

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1、課題二伺服電機與伺服控制系統(tǒng)原理指導(dǎo)老師：段建中學生：虎鑫學號：120072406492012-3-15基本概念的介紹與舉例伺服電機原理介紹伺服控制系統(tǒng)介紹總結(jié)內(nèi)容“伺服”—詞源于希臘語“奴隸”的意思。一、“伺服”的含義Servomechanism●基本概念的介紹伺服系統(tǒng)應(yīng)用舉例（2）機械手手臂伸縮運動的電液伺服系統(tǒng)原理圖。1－電放大器2－電液伺服閥3－液壓缸4－機械手手臂5－齒輪齒條機構(gòu)6－電位器7－步進電機伺服系統(tǒng)應(yīng)用舉例（1）圖1.7液壓仿形車床工作原理圖1.2.3.4——節(jié)流口5——工件6——刀具7——樣件8——觸銷9——油缸10——油泵

2、二.伺服系統(tǒng)的定義：(servomechanism)(servo-system）伺服系統(tǒng)是指實現(xiàn)輸出變量精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)輸入變量的控制系統(tǒng)。伺服電機伺服電機（servomotor）伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，它的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制。當信號電壓的大小和相位發(fā)生變化時，電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向?qū)⒎浅ｌ`敏和準確地跟著變化。當信號消失時，轉(zhuǎn)子能及時地停轉(zhuǎn)。伺服電機的分類伺服電機交流伺服電機直流伺服電機鼠籠轉(zhuǎn)子杯形轉(zhuǎn)子一、直流電動機工作原理●伺服電機的原理介紹安培定律——磁場的磁感應(yīng)強度——導(dǎo)體中的電流——導(dǎo)體的有效長度直流電機原理如圖

3、所示：N和S是一對固定的磁極（一般是電磁鐵，也可為永久磁鐵），兩級之間裝著一個可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，圓柱體表面上固定這一個線圈，上邊為a，下圈為x，通入如圖所示的電流根據(jù)左手定則便可得出電磁轉(zhuǎn)矩。載流線圈在磁場中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩一、直流電機原理為什么要用電刷？一、直流電機的原理這樣的連接方法只有一組線圈得電，繞組使用率低，那么如何提高繞組的使用率呢？改進后的繞線改進后的繞組提高了繞組的使用率直流電機的勵磁方式勵磁概念：由電流激勵出磁場的過程叫做勵磁。他勵并勵串勵直流電機的基本方程式電氣系統(tǒng)的電動平衡方程感應(yīng)電動勢電氣系統(tǒng)的電動平衡方程——電源電壓——電樞

4、繞組上的端電壓——勵磁繞組上的端電壓——電樞電流——勵磁電流——電樞電路的電阻——勵磁回路的電阻——電樞回路的自感系數(shù)——勵磁回路的自感系數(shù)——電動機的機械角速度2.機械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程——電磁轉(zhuǎn)矩——負載轉(zhuǎn)矩——空載損耗轉(zhuǎn)矩如果電動機以恒角速度轉(zhuǎn)動，則：實例：直流伺服系統(tǒng)常數(shù)實例：直流伺服系統(tǒng)伺服電機在磁化曲線的線性范圍內(nèi)使用，因而氣隙磁通正比于勵磁電流，即：式中：——常數(shù)由電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩正比于電樞電流和氣隙磁通的乘積，即式中：——常數(shù)為磁場勵磁電流是電樞電流實例：直流伺服系統(tǒng)在電樞控制的直流電動機中，勵磁電流為常數(shù)，故上式可寫成：式中：—

5、—電動機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)由控制輸入電壓開始，系統(tǒng)的因果方程為1.電樞電壓方程：實例：直流伺服系統(tǒng)2.電動機轉(zhuǎn)矩3.轉(zhuǎn)矩平衡方程4.電動機的反電動勢正比于速度——反電動勢常數(shù)系統(tǒng)因果方程拉氏變換為實例：直流伺服系統(tǒng)當負載轉(zhuǎn)矩其傳遞函數(shù)是:實例：直流伺服系統(tǒng)直流伺服電機的系統(tǒng)方框圖主要內(nèi)容7.3直流伺服電機及其速度控制（一定）電樞回路電壓平衡方程式感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)速關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩直流伺服電機的調(diào)速原理與方法原理圖等效圖電機轉(zhuǎn)速與理想轉(zhuǎn)速的差Δn，反映了電機機械特性硬度，Δn越?。ㄞD(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速變化的影響程度越?。瑱C械特性越硬。n0主要內(nèi)容TTn?n直流電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)

6、矩的關(guān)系n=f(T)稱機械特性直流電機的基本調(diào)速方式有三種:調(diào)節(jié)電阻Ra、調(diào)節(jié)電樞電壓Ua和調(diào)節(jié)磁通Φ的值。7.3直流伺服電機及其速度控制主要內(nèi)容他勵式直流伺服電機的轉(zhuǎn)速公式電樞電阻調(diào)速很少采用，缺點：不經(jīng)濟：要得到低速，R很大，則消耗大量電能；低速，特性很軟，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性很差；調(diào)節(jié)平滑性差，操作費力。7.3直流伺服電機及其速度控制主要內(nèi)容Tnn0R0R2R1主要內(nèi)容調(diào)節(jié)電樞電壓（調(diào)壓調(diào)速）時，直流電機機械特性為一組平行線，只改變電機的理想轉(zhuǎn)速n0，保持了原有較硬的機械特性，所以調(diào)壓調(diào)速主要用于伺服進給驅(qū)動系統(tǒng)電機的調(diào)速如果Δn值較大，不可能實現(xiàn)寬

7、范圍的調(diào)速。永磁式直流伺服電機的Δn值較小，因此，進給系統(tǒng)常采用永磁式直流電機。7.3直流伺服電機及其速度控制主要內(nèi)容調(diào)節(jié)磁通（調(diào)磁調(diào)速）不但改變了電機的理想轉(zhuǎn)速，而且使直流電機機械特性變軟7.3直流伺服電機及其速度控制主要內(nèi)容直流伺服電機速度控制單元的調(diào)速控制方式調(diào)速的概念有兩個方面的含義:1)改變電機轉(zhuǎn)速：當給定速度變化時,電機的速度隨之變化,并希望以最快的加減速達到新的給定速度值；2)當給定速度不變化時,電機的速度保持穩(wěn)定不變。7.3直流伺服電機及其速度控制主要內(nèi)容直流伺服電機速度控制單元的調(diào)速控制方式需對直流電壓的大小和方向進行控制直流伺

8、服電機速度控制單元的作用：將轉(zhuǎn)速指令信號轉(zhuǎn)換成電樞的電壓值，達到速度調(diào)節(jié)的目的。直流電機速度控制單元常采用的調(diào)速方法：1.晶閘管（可控硅