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《基于電壓控制的緊湊型伺服驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制的直流伺服電動(dòng)機(jī)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告用紙第10頁(yè)共10頁(yè)基于電壓控制的緊湊型伺服驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制的直流伺服電動(dòng)機(jī)摘要基于對(duì)電壓控制的建議和調(diào)查得出一種新的扭矩控制直流伺服電機(jī)的方法。經(jīng)過(guò)分析了轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)組成包括直流伺服電機(jī)系統(tǒng)，減速齒輪和扭矩傳感器，它的結(jié)果表明，轉(zhuǎn)矩控制的電壓控制是可行的。而且它也可以消除靜態(tài)誤差輸出扭矩和干擾的干擾力矩，如減少齒輪摩擦。據(jù)分析，伺服驅(qū)動(dòng)器的原型已被開(kāi)發(fā)成功。到目前只有電壓控制能力伺服驅(qū)動(dòng)器所需要的，先進(jìn)伺服系統(tǒng)的體積和規(guī)模相對(duì)于常規(guī)的30％左右。通過(guò)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)利用伺服驅(qū)動(dòng)器，證明了精確轉(zhuǎn)矩控制是可行的方法。1、導(dǎo)言為了由機(jī)械系統(tǒng)
2、實(shí)現(xiàn)微妙的議案，如用手指抓住一個(gè)物體，用理想的力量接觸表面的機(jī)械手等，力的轉(zhuǎn)矩控制是必不可少的。另一方面，小型和輕型伺服驅(qū)動(dòng)器所需要的是以有許多自由度為條件的一體化機(jī)械系統(tǒng)。本文中，作為一個(gè)解決這些需求的方案，基于電壓轉(zhuǎn)矩控制的直流伺服電機(jī)與減速器是一種使用最為廣泛的驅(qū)動(dòng)器。此外，一個(gè)簡(jiǎn)單而緊湊的伺服驅(qū)動(dòng)器是發(fā)達(dá)的轉(zhuǎn)矩控制驅(qū)動(dòng)器。先進(jìn)的轉(zhuǎn)矩控制實(shí)驗(yàn)利用先進(jìn)的伺服驅(qū)動(dòng)器?；仡檪鹘y(tǒng)技術(shù)，有幾個(gè)扭矩控制方法的直流伺服電機(jī)已設(shè)立。直接電流控制正當(dāng)?shù)漠?dāng)電機(jī)輸出力矩正比于輸入電流，如直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。雖然是開(kāi)環(huán)電流控制，但這并不需要電流傳感器，精確的轉(zhuǎn)矩控制被降底精度
3、是由于驅(qū)動(dòng)器中的干擾力矩，如減速齒輪。利用擾動(dòng)觀測(cè)器的電流控制[3]由于轉(zhuǎn)矩力矩來(lái)源于運(yùn)動(dòng)，因此力矩傳感器是不需要。然而，精確模型的摩擦是非常難以識(shí)別那是必需的。利用扭矩反饋的速度控制理想速度成比例于轉(zhuǎn)矩誤差的去設(shè)置伺服驅(qū)動(dòng)器[1][2]。該伺服驅(qū)動(dòng)器的復(fù)雜性和巨型性是因?yàn)樗怂俣瓤刂破骱蛢?nèi)部電流控制器。常規(guī)的方法進(jìn)行檢查，精確的轉(zhuǎn)矩控制作為強(qiáng)有力的抗干擾力矩是必不可少的。此外，一個(gè)簡(jiǎn)單和緊湊的伺服驅(qū)動(dòng)器也是需要當(dāng)前所有的技術(shù)并包含一個(gè)電流控制器而導(dǎo)致成為了復(fù)雜和龐大的伺服驅(qū)動(dòng)器。2、轉(zhuǎn)矩控制直流伺服電機(jī)的原理為了調(diào)查基于電壓控制的可行性轉(zhuǎn)矩控制，
4、由轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)組成的直流伺服電機(jī)，減速齒輪和扭矩傳感器如圖1所示。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告用紙第10頁(yè)共10頁(yè)圖1轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)首先直流伺服電機(jī)是一系列阻力和反電動(dòng)勢(shì)（電動(dòng)力）模型。根據(jù)這一模型，給定電壓,電流與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系是：式中，是抵抗運(yùn)動(dòng)的電樞和，是反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電機(jī)。另一方面，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)力矩分配給它的加速度和減速齒輪，這種關(guān)系可寫成：式中是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和輸入階段的減速總和，而是扭矩適用于電動(dòng)機(jī)減速齒輪的常數(shù)。關(guān)于減速齒輪，轉(zhuǎn)矩角和輸出轉(zhuǎn)矩決定于轉(zhuǎn)速比與轉(zhuǎn)角和輸入轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如下：在公式（4）中，干擾力矩認(rèn)為是決定于摩擦等原因，減速齒輪上的
5、轉(zhuǎn)力矩分配給它的加速度和輸出力矩網(wǎng)如下：式中是輸出階段減速齒輪與扭矩傳感器上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和，而是輸出轉(zhuǎn)矩。在扭矩傳感器上，應(yīng)用力矩與扭矩傳感器上的扭矩成比例關(guān)系：式中是強(qiáng)硬的扭矩傳感器力矩，而是輸出轉(zhuǎn)角。公式（1）—（6）是描述動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本公式。通過(guò)拉普拉斯變換，這些公式結(jié)合起來(lái)就是下列輸出扭矩、電機(jī)給定電壓、干擾力矩和輸出轉(zhuǎn)角等因子的關(guān)系：桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告用紙第10頁(yè)共10頁(yè)為了控制輸出轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的反饋電壓是由扭矩誤差所控制：式中是理想的輸出扭矩而是補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)。另一方面，動(dòng)態(tài)的負(fù)載，即輸出轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系由傳遞函數(shù)
6、描述如下：利用公式（9）—（10），公式（7）最終轉(zhuǎn)化為：當(dāng)理想轉(zhuǎn)矩不受干擾力矩干擾時(shí)，傳遞函數(shù)和決定了輸出轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。從精確轉(zhuǎn)矩控制來(lái)看，它是理想的及大于一個(gè)寬頻脈沖。并且，除去輸出轉(zhuǎn)矩上干擾力矩的干擾，它是理想的。在這篇文章中，靜態(tài)特性是轉(zhuǎn)矩控制的一個(gè)主要研究方面。經(jīng)靜態(tài)分析，靜態(tài)增益的傳遞函數(shù)是通過(guò)設(shè)置獲得。經(jīng)靜態(tài)分析獲得和，是初植公式如公式（8）：其次，考慮到模型負(fù)載是一般情況下的大眾阻尼彈簧系統(tǒng)，負(fù)載的傳遞函數(shù)給出為：式中分別是負(fù)載慣量，粘度和剛度。在這種情況下，靜態(tài)增益為：公式（17）設(shè)置一個(gè)有限值如剛度負(fù)載的實(shí)值。這是種令人滿意的負(fù)桂
7、林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告用紙第10頁(yè)共10頁(yè)載聯(lián)系外部環(huán)節(jié)的情況。因此，根據(jù)公式（14）—（15）、（17），靜態(tài)增益來(lái)自于：由公式（12）—（13）、（18），靜態(tài)增益最終為：和是理想的因?yàn)楫?dāng)干擾力矩不干涉的時(shí)候輸出轉(zhuǎn)矩是精確的設(shè)置為理想值。當(dāng)補(bǔ)償器的靜態(tài)增益為無(wú)限大時(shí)是最滿意的。要滿足補(bǔ)償這方面的要求是PI控制器其傳遞函數(shù)為：通過(guò)實(shí)施上述的PI控制器，無(wú)論是輸出扭矩的靜態(tài)誤差或干擾力矩的靜態(tài)干擾均被消除。由于公式（21）中PI控制器的傳遞函數(shù)包含因子，提出的補(bǔ)償方法是完全對(duì)應(yīng)于控制設(shè)計(jì)策略，乘以開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的以消除靜態(tài)誤差。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的分
8、析，它表明電壓控制與PI反饋能夠控制直流伺服電機(jī)的輸出力矩，即使存在摩擦造成的干擾力矩。在這種
