第四章伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

1、伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，其中的機(jī)械傳動(dòng)裝置稱為“伺服機(jī)械傳動(dòng)裝置”。它的作用是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并使伺服電機(jī)與負(fù)載之間得到轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的合理匹配。 式中 MWP作用在負(fù)載軸上峰值工作力矩（Ncm）； MFP 作用在負(fù)載軸上峰值磨擦力矩（Ncm）； LP 負(fù)載軸的峰值角加速度（rad/s2）； JM 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgcm2）； JL 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgcm2）； JGM 傳動(dòng)裝置各轉(zhuǎn)動(dòng)零件折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgcm2）； 傳動(dòng)裝置的效率； it 總傳動(dòng)比。2WPFPLLPMMGMtLPtttMMJMJJiiii 載荷是設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)的基本依據(jù)。確定

2、載荷時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備本身功能要求和工作環(huán)境等情況，逐項(xiàng)分析載荷的類型及大小，然后再進(jìn)行綜合。綜合方法有“力矩峰值綜合”和“力矩均方綜合”。（1）力矩峰值綜合及峰值力矩特性“力矩峰值綜合”就是將各種載荷的峰值直接代數(shù)相加。折算到電機(jī)軸上的負(fù)載峰值力矩MLPM為（4-1）負(fù)載力矩計(jì)算2222000111TTTWFLLRMMGMtLtttMMJMdtdtJJidtTiTiTi（2）力矩的均方綜合及均方根力矩特性力矩的“均方綜合”是將各種載荷按均方根值折算。折算到電機(jī)軸上的負(fù)載均方根力矩為（4-2）式中 MW作用在負(fù)載軸上的瞬時(shí)工作力矩； MF作用在負(fù)載軸上的瞬時(shí)磨擦力矩； L負(fù)載軸上的瞬時(shí)角加速度；

3、T載荷變化周期； it總傳動(dòng)比。式（4-2）稱為負(fù)載的均方根力矩特性表達(dá)式，對(duì)應(yīng)的曲線如圖4-1所示?？倐鲃?dòng)比的選擇0LPMtdMdiWPFPLLPOPtMGMLPMMJiJJ 0LRMtdMdi2224WRFRLLROPtMGMLPMMJiJJ 2LtMWFMGMtLi MMMJJiJ 0Ltddi2WFWFLOPtMWMGMMMMMJiMMJJ（1）“折算負(fù)載峰值力矩最小”的最佳總傳動(dòng)比對(duì)式（4-1）取，得到“折算負(fù)載峰值力矩最小”的最佳總傳動(dòng)比（4-3）（2）“折算負(fù)載均方根力矩最小”的最佳總傳動(dòng)比對(duì)式（4-2）取，得到“折算負(fù)載均方根力矩最小”的最佳總傳動(dòng)比（4-4）最佳總傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)了

4、功率的最佳傳遞。（3）“加速度最大”的最佳傳動(dòng)比假定電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載力矩平衡，可導(dǎo)出取可求得“加速度最大”的最佳傳動(dòng)比（4-6）總傳動(dòng)比的l確定 上述幾種最佳總傳動(dòng)比均是針對(duì)某一方面要求而言，故其結(jié)果是不一樣的，在具體選擇時(shí)，除考慮伺服電機(jī)與負(fù)載的最佳匹配外，還要考慮總傳動(dòng)比對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性、快速性的影響。 額定轉(zhuǎn)矩“折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小”原則（1）確定傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的原則（1）“折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小”原則，使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。 （2）“最小重量”原則（3）有利于“提高傳動(dòng)精度”原則（1）“折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小”原則 4412222 2222 2111 2111 22222211

5、222411111111CBDAAAAAtAAJJJJ iJJ iJJJiii iiii iiiJiJiiiii10dJdi1 2442112211202iiii 或212122tiiiii折算到電機(jī)軸上的總慣量為式中 JA、JB、JC 、JD分別為各齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； it、I1、i2分別為總傳動(dòng)比和兩級(jí)減速的傳動(dòng)比。令，可得具有最不慣量的條件因?yàn)?i1，故可得各級(jí)傳動(dòng)比（4-7）“折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小”原則（2）計(jì)算出各級(jí)齒輪傳動(dòng)比后，還應(yīng)進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)裝置的慣量驗(yàn)算。對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)裝置折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL應(yīng)小于加速要求的允許值。對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)除滿足加速要求外，折算負(fù)載轉(zhuǎn)量JL還

6、應(yīng)與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM合理匹配。 21212112 21212222nnnnnntktkniiii 按上述方法類推，可得多級(jí)傳動(dòng)折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小時(shí)的各級(jí)傳動(dòng)比計(jì)算公式（4-8）式中 n傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)級(jí)數(shù)； k所需計(jì)算的任一級(jí)數(shù)。 由已知傳動(dòng)比，利用圖4-5確定所需齒輪嚙合對(duì)數(shù)，圖中縱坐標(biāo)為JGM / J1，是傳動(dòng)裝置在輸入軸上總折算慣量與輸入軸上小齒輪慣量J1的比值，稱為慣量指標(biāo)，橫坐標(biāo)表示總降速傳動(dòng)比it?！白钚≈亓俊痹瓌t即若使兩級(jí)傳動(dòng)比相等，可得最小重量的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)，按此原則還可使傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪尺寸減至兩種，并且使各級(jí)齒輪的中心距彼此相等，有利于加工。2222222121()

7、()()() (2)22224CtABDAdiddddWb gb gii 10dWdi42120tii211 212,ttiiiiiii又因所以上述二級(jí)減速小功率傳動(dòng)裝置，則各齒輪重量之和W為式中 b齒輪寬度； 齒輪材料密度； g重力加速度； dA，dB，dC，dD分別為各齒輪直徑。令,則有得有利于“提高傳動(dòng)精度”原則1nmk LKkimkLKi在精密齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，傳動(dòng)比相當(dāng)于誤差傳遞系數(shù)，因此，總傳動(dòng)比合理分級(jí)與分配對(duì)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度將產(chǎn)生十分重要影響。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為（4-9）式中折算到電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)角誤差；第k級(jí)齒輪副在從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)角誤差；從電動(dòng)機(jī)軸到第k級(jí)齒輪副從動(dòng)齒輪

8、的傳動(dòng)比。 各級(jí)傳動(dòng)比逐級(jí)遞減時(shí)的總轉(zhuǎn)角誤差要比遞增時(shí)大（該例中，后者增加了約34%）。在總轉(zhuǎn)角誤差中，低速級(jí)的誤差占的比重較大，如本例的第一種情況中，末級(jí)占總誤差的86%，因此末級(jí)采用精度等級(jí)較高的齒輪副，可顯著地減小總折算轉(zhuǎn)角誤差。 步進(jìn)電機(jī)（1） 360ti步距角（）的選擇 確定步進(jìn)電機(jī)步距角應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量而定。脈沖當(dāng)量是指單位脈沖所產(chǎn)生的直線位移量或角位移量，通常由系統(tǒng)要求的精度來(lái)定。對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其步距角（4-10）式中 直線脈沖當(dāng)量（mm）； t 絲杠導(dǎo)程（mm）； i 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)至絲杠間傳動(dòng)比。n步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號(hào)變換成直線位移或角位移的執(zhí)

9、行元件。每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步，所以也稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。n步進(jìn)電機(jī)的線位移或角位移量與脈沖數(shù)成正比。它的轉(zhuǎn)速或線速度與脈沖頻率成正比。n在負(fù)載能力允許范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化。步進(jìn)電機(jī)可以調(diào)速、能夠快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。n應(yīng)用于：數(shù)控機(jī)床、繪圖儀、衛(wèi)星天線、自動(dòng)記錄儀等n選擇步進(jìn)電機(jī)的主要考慮因素：步進(jìn)電機(jī)（2）轉(zhuǎn)矩和選擇 根據(jù)設(shè)備的總負(fù)載力矩選擇電機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，還應(yīng)考慮到滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、運(yùn)行轉(zhuǎn)矩、定位轉(zhuǎn)矩的要求。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可按表4-1和圖4-7中的矩角特性曲線求得，也可由圖4-8中的起動(dòng)矩頻特性曲線1求得；運(yùn)行轉(zhuǎn)矩可由圖4-8中的運(yùn)行矩頻特性曲線2求得。定位轉(zhuǎn)矩則是依

10、據(jù)斷電情況下，設(shè)備是否要求定位而定。表4-1 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 步距精度選擇 步距精度用步距誤差表示，它是指空載情況下，轉(zhuǎn)子離開(kāi)準(zhǔn)確位置的最大偏移量。它影響系統(tǒng)的定位誤差s，即123s （4-11）式中123電機(jī)步距誤差；傳動(dòng)件累計(jì)誤差；摩擦負(fù)載引起得位置誤差；交、直流伺服電機(jī)（1）選擇直流伺服電機(jī)時(shí)，主要是根據(jù)其靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性、熱特性要求而定。電機(jī)運(yùn)行曲線 要想使直流伺服電機(jī)充分發(fā)揮其性能、應(yīng)讓電機(jī)運(yùn)行符合轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線。直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線如圖4-9所示。它由五條極限曲線劃分出電機(jī)的三個(gè)工作區(qū)。連續(xù)工作區(qū)I是指額定轉(zhuǎn)矩以下的工作區(qū)，該區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)矩變化很小，從發(fā)熱角

11、度看可以長(zhǎng)期工作；間斷工作區(qū)II（含I區(qū)）表明電機(jī)可間斷過(guò)載工作；瞬時(shí)工作區(qū)III（含I、II區(qū)）是在瞬時(shí)換向極限（允許是刷跳火限）以下，可短時(shí)間以更大的加減速或正反轉(zhuǎn)操作。 交、直流伺服電機(jī)（2）轉(zhuǎn)速的選擇 選擇電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，要保證電機(jī)電高轉(zhuǎn)速nm滿足設(shè)備最高運(yùn)行速度要求。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的選擇 電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)與負(fù)載慣量相匹配，否則將直接影響電機(jī)和整個(gè)伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通常按機(jī)械傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)子之比來(lái)確定，永磁式伺服電機(jī)為0.030.3，電磁式伺服電機(jī)0.11。熱時(shí)間常數(shù) 熱時(shí)間常數(shù)的大小表明可超載運(yùn)行時(shí)間的能力。大慣量伺服電機(jī)優(yōu)于小慣量伺服電機(jī)。nLTT轉(zhuǎn)矩的選擇

12、電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩Tn，主要依據(jù)折算到電機(jī)軸上負(fù)載力矩TL選定，即如果電機(jī)工作在間斷工作區(qū)，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩可以小于負(fù)載力矩。交流伺服電機(jī)連線圖交流伺服電機(jī)通訊連線圖伺服機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)諧振頻率（1）諧振頻率 (2)剛度 （3）質(zhì)量和慣量 （4）磨擦 （5）失動(dòng) （1）諧振頻率 機(jī)械傳動(dòng)部件一般都是多自由度系統(tǒng)，有一個(gè)最低的基本固有頻率和若干高階固有頻率，分別稱為第一揩振頻率omech1和n階諧振頻率omechn。當(dāng)外界激振頻率接近或等于系統(tǒng)固有頻率時(shí)，系統(tǒng)要發(fā)生諧振而無(wú)法工作，所以，系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)，不應(yīng)包含部件的固有頻率，以防產(chǎn)生諧振。各部件的固有頻率應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一定距離，以免產(chǎn)生耦合。 式中，

13、K為縱向剛度；Km為扭轉(zhuǎn)剛度；m為質(zhì)量；J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 1122mKKffmJ或如不計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)阻尼影響，則機(jī)械系統(tǒng)可看作質(zhì)量（或慣量）-彈簧系統(tǒng)，其固有頻率伺服機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)剛度3602sTKMN cm rad111niiKK(2)剛度 伺服傳動(dòng)系統(tǒng)剛度反映出系統(tǒng)抵抗變形的能力。剛度不足時(shí)，將造成位置誤差（失動(dòng)）及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能變壞，即影響系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性、快速性、穩(wěn)定性； 剛度過(guò)高，也將帶來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，成本增加等不足 伺服傳動(dòng)系統(tǒng)剛度包括伺服剛度和傳動(dòng)機(jī)械剛度兩部分。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剛度又分成扭轉(zhuǎn)剛度和縱向剛度 伺服剛度是指伺服電機(jī)輸出軸上施加的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與其引起的輸出軸角位移之比，其表達(dá)式為

14、（4-12）式中 MT單位脈沖在伺服電機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩（Ncm/脈沖）； 單位脈沖下伺服電機(jī)軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角（） 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剛度大小取決于各傳動(dòng)件和結(jié)構(gòu)件的剛度及構(gòu)件聯(lián)接方式。以于各構(gòu)件串聯(lián)的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，其總剛度K可用下式計(jì)算（4-13）式中，Ki為任一構(gòu)件的剛度。在進(jìn)行剛度計(jì)算時(shí)，需要將工作臺(tái)或任一傳動(dòng)軸的剛度折算到某傳動(dòng)軸上時(shí)，可以利用能量相等原則進(jìn)行計(jì)算。伺服機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)質(zhì)量（慣量）和摩擦在不影響剛度條件下，應(yīng)盡量減小各構(gòu)件質(zhì)量和慣量，這樣既可降低制造成本，又可提高伺服性能。 （3）質(zhì)量和慣量 （4）摩擦 粘滯摩擦影響阻尼數(shù)值，對(duì)系統(tǒng)的振蕩有阻尼作用，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但也使輸出

15、響應(yīng)變慢，即影響了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 庫(kù)侖摩擦趨向于減小輸出位移的超調(diào)和振蕩。 靜摩擦是造成輸出響應(yīng)死區(qū)的根本原因，而且它的粘性磨擦一起交替作用，造成爬行現(xiàn)象。靜磨擦力客觀上助長(zhǎng)了失動(dòng)現(xiàn)象，這是因?yàn)殪o磨擦力的存在，必然要增大驅(qū)動(dòng)力，相應(yīng)增加了彈性變形之故。 伺服機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)失動(dòng) 失動(dòng)是指運(yùn)動(dòng)體沒(méi)能夠達(dá)到目標(biāo)位置的現(xiàn)象， 其失動(dòng)范圍大小用失動(dòng)量表示，通常折合成直線運(yùn)動(dòng)來(lái)表示失動(dòng)量。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的失動(dòng)量是各傳動(dòng)件間的間隙及本身的彈性變形等綜合造成運(yùn)動(dòng)的死區(qū)。故伺服機(jī)械系統(tǒng)的總失動(dòng)量SBE BSE（5）失動(dòng)失動(dòng)量的大小在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，直接影響控制精度，在閉環(huán)系統(tǒng)中影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（4-14）式中

16、傳動(dòng)件間隙引起的失動(dòng)量；伺服剛度引起的失動(dòng)量；機(jī)械系統(tǒng)剛度引起的失動(dòng)量。失動(dòng)量和固有頻率的計(jì)算實(shí)例 例4.2(1)固有頻率計(jì)算直流電機(jī)：轉(zhuǎn)速nm=900r/min;功率P=1.5kW；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=210-2kgm2。齒輪箱：高速鏈傳動(dòng)比iH=3,低速鏈傳動(dòng)比1. 5；折算到電機(jī)軸的齒輪系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：高速鏈JGMH=0.510-2kgm2，低速鏈JGML=0.110-2kgm2。(由于傳動(dòng)鏈的不同）滾珠絲杠：內(nèi)徑d1=0.056m；螺距t=0.012m；內(nèi)循環(huán)雙螺母差調(diào)隙；兩端止推結(jié)構(gòu)；兩端軸承間距離L=2.16m；最高轉(zhuǎn)速：高速級(jí)nsH =300r/min，低速級(jí)nSL=60r/min。工作臺(tái)

17、：質(zhì)量m=3000kg；磨擦阻力Ff=1500N；最大移動(dòng)速度：高速級(jí)vH=610-2m/s，低速級(jí)vL=1.210-2m/s。 2211813.14 0.0562.1 104.8 10442.16 2Xd EKN mL88111111111222 4.82 7.214.4104.1 10egXbnm NKKKK80 x4.1 103703000egKrad sm1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軸向固有角頻率的計(jì)算滾珠絲杠的軸向剛度軸承剛度Kb、滾珠螺母剛度Kn及軸承支架剛度KsKb =7.2108N/m，KN =14.4108N/m。滾珠絲杠軸向綜合剛度Keg等式（413）因此，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軸向固有角頻率例4.2(1

18、)失動(dòng)量的計(jì)算(1)815003.664.1 10fegegFmK27.32egegm 360360 815322 3.14 3pmTKN m rad（1）機(jī)械剛度引起的失動(dòng)量eg考慮到工作臺(tái)正反向移動(dòng)時(shí)，有相同的彈性變形量，所以絲杠軸向彈性變形所引起的失動(dòng)量為由于左作臺(tái)起動(dòng)時(shí)磨擦力Ff=1500N，所以當(dāng)工作臺(tái)開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，絲杠軸向彈性變形量為（2）伺服剛度引起的失動(dòng)量SC根據(jù)伺服系統(tǒng)要求，如取電機(jī)軸在單位脈沖下轉(zhuǎn)角=3，電機(jī)軸上輸出轉(zhuǎn)矩TP=8Nm，則電機(jī)軸的伺服剛度為若取傳動(dòng)效率=0.93時(shí)，則換算到滾珠絲杠的伺服剛度為2222822 3.143153 0.933.5 100.012scm

19、Ki KN mt2222222221111()22222222()scscsgscsgmmotormotorscmmsgttKxKKKKKiKtt 例4.2(1)失動(dòng)量的計(jì)算(2)815004.33.5 10fscscFmK4320.0120.93 102.43.14 1 10150Gttjmmz 67.324.32.41014toegscGm 所以，伺服剛度引起的失動(dòng)量為（3）齒輪副周向側(cè)隙引起的失動(dòng)量G設(shè)齒輪副的模數(shù)m=110-3m，齒數(shù)z1=50，z2=150，周向側(cè)隙jt=0.9310-4m，則換算成工作臺(tái)移動(dòng)方向的失動(dòng)量為（4）總失動(dòng)量to感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)（1）1感應(yīng)同步器 2.光柵式

20、檢測(cè)裝置 3碼盤式檢測(cè)裝置4旋轉(zhuǎn)變壓器 5磁柵式位移檢測(cè)裝置 感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面印刷電路繞組的電磁耦合原理，檢測(cè)運(yùn)動(dòng)件的直線位移或角位移的傳感器。 1) 感應(yīng)同步器直線式感應(yīng)同步器旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器1）感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu) 感應(yīng)同步器由兩部分組成：定尺和滑尺（直線式）或定子和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)式）。直線式感應(yīng)同步器的截面結(jié)構(gòu)，如圖4-12所示。1) 位置檢測(cè)器機(jī)械類基準(zhǔn)元件 如絲桿螺母副、多齒分度盤光學(xué)類基準(zhǔn)元件，如光柵、激光器等電磁感應(yīng)類基準(zhǔn)元件、磁柵、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)（2）定尺和滑尺的基體通常用鑄鐵或鋼板制成，基體上粘有經(jīng)照像腐蝕工藝制成的方齒形平面繞組（圖4-13），然后在繞組表面噴涂一

21、層絕緣保護(hù)層。為了防止靜電感應(yīng)，滑尺的表面還貼有屏蔽層。 圖4-13所示，定尺的平面繞組是節(jié)距為2mm單相均勻連續(xù)繞組，滑尺是具有兩個(gè)繞組的短尺，其節(jié)距也是2mm，但是A、B兩繞組的位置相對(duì)于定尺繞組錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距。一般稱A繞組為正弦組，B繞組為余弦繞組。使用定尺安裝在固定的部件上，滑尺安裝在定尺平行，并保持有一定間隙（約 0.250.05mm）的移動(dòng)部件上。 感應(yīng)同步器工作原理cosssekUsinccekU 感應(yīng)同步器的定尺和滑尺按要求安裝好后，如果對(duì)滑尺上A、B兩繞組通入交流信號(hào)電源（設(shè)正弦繞組激磁電壓為US；余弦繞組激磁電壓為UC）激磁。由于電磁感應(yīng)（互感），它們就會(huì)分別在定尺繞組上產(chǎn)

22、生與激磁電勢(shì)同頻率的交變感應(yīng)電壓es、ec。當(dāng)滑尺相對(duì)于定尺移動(dòng)時(shí)，則定尺繞組上感應(yīng)電勢(shì)將隨滑尺位置變化而發(fā)生周期性變化。若以正弦繞組為例，設(shè)該繞組的激磁電壓為US，則當(dāng)滑尺相對(duì)于定尺在空間移動(dòng)一個(gè)節(jié)距，定尺繞組上將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)es，且按余弦函數(shù)規(guī)律變化（圖4-15），如寫(xiě)成數(shù)學(xué)式：（4-15）式中 es定尺繞組感應(yīng)電勢(shì)； US滑尺正弦繞組激磁電壓； k定尺與滑尺上繞組的電磁耦合系數(shù)； 滑尺相以定尺平等位移的相位角同理，若只對(duì)余弦繞組激磁時(shí)，定尺繞組中感應(yīng)電勢(shì)ec按下述數(shù)學(xué)式變化（4-16） 當(dāng)同時(shí)給滑尺上二繞組激磁（US、UC）時(shí)，則根據(jù)疊加原理，定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)應(yīng)是分別感應(yīng)電勢(shì)的代數(shù)

23、和（e= es + ec）。據(jù)此就可以求出滑尺的位移。2 xWx位移量； W繞組節(jié)距；感應(yīng)同步器工作方式（1）按對(duì)激磁繞組供電電壓的形式 鑒相型工作方式 鑒幅型工作方式 sincossmcmUUtUUtsincoscossin2sinsinscmmmmeeekUtkUtxkUtkUtW1）鑒相型工作方式 這是根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)相位檢測(cè)位移量的工作方式。在滑尺的兩繞組上分別通入頻率、振幅相同，而相位差/2的激磁電壓（4-17）定尺繞組上合成感應(yīng)電勢(shì)為（4-18）由式（4-18）可知，定尺感應(yīng)電勢(shì)相位與滑尺位移量x有嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，據(jù)此式就可求得滑尺位移x值。感應(yīng)同步器工作方式（2）sinsinsmUUt

24、cossincmUUt2sinsinscmxeeekUtW這是根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)振幅變化來(lái)檢測(cè)位移量的工作方式。在滑尺的兩個(gè)繞組上，分別通入相應(yīng)和頻率一致、而幅值分別按正弦和余弦變化的正弦交變電壓：式中，為合磁場(chǎng)的相位角。同理，可推出定尺上繞組合成感應(yīng)電勢(shì)為（4-19）特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合： 感應(yīng)同步器具有較高的檢測(cè)精度和分辨能力、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、工藝性好、制造成本低，對(duì)使用環(huán)境無(wú)特殊要求。故廣泛用于生產(chǎn)中檢測(cè)設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等方面。 2）鑒幅型工作方式 計(jì)量光柵分類光柵檢測(cè)原理透射式光柵位稱檢測(cè)裝置原理如圖4-18所示，它由光柵尺、光學(xué)元件及數(shù)顯裝置組成。當(dāng)標(biāo)尺光柵和指示光柵的線紋方向不

25、平行，相互傾斜一個(gè)很小交角時(shí)，光線就會(huì)透過(guò)兩個(gè)光柵尺，形成明暗相間的粗條莫爾條紋，其方向與光柵刻線相垂直，如圖4-19所示。若兩個(gè)光柵尺相對(duì)位移一個(gè)柵距W，莫爾條紋也移動(dòng)一個(gè)條紋間距B，則光電元件輸出信號(hào)也就變化一個(gè)周期，最后由數(shù)字顯示儀顯示出光柵尺（運(yùn)動(dòng)件）的準(zhǔn)確位移。若兩個(gè)光柵尺柵距均為W，莫爾條紋間距B與W的關(guān)系為： sinWWB式中，為兩個(gè)柵尺刻線的交角。圓光柵檢測(cè)原理 圓光柵的莫爾條紋根據(jù)光柵線紋方向（徑向或切向）不同而異。徑向圓光柵為圓弧形莫爾條紋，切向圓光柵為環(huán)形莫爾條紋，如圖4-20所示。根據(jù)莫爾條紋與光柵線紋移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可知，當(dāng)標(biāo)尺光柵（主光柵）移動(dòng)一個(gè)柵距，光電元件檢測(cè)到

26、的莫爾條紋變化一個(gè)周期2，其輸出是近似正弦波形的電壓信號(hào)。 為了辨別主光柵運(yùn)動(dòng)方向，把兩個(gè)光電元件1和2分別放在間隔為1/4個(gè)莫爾條紋間距的地方，如圖4-21所示。根據(jù)兩個(gè)光電元件接收到莫爾條紋信號(hào)不同（正弦波電信號(hào)相應(yīng)位差1/4周期），即利用兩個(gè)輸出信號(hào)的相位超前或滯后就可辨明主光柵運(yùn)動(dòng)方向。 光柵讀數(shù)頭的結(jié)構(gòu)形式 利用光柵檢測(cè)的關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭，它由光源、會(huì)聚透鏡、指示光柵、光電元件、必要的光欄及調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。 光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)型式很多，根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場(chǎng)合分為直接接收式讀數(shù)頭（或稱硅光電池讀數(shù)頭）、鏡象式讀數(shù)頭、分光鏡式讀數(shù)頭、金屬光柵反射式讀數(shù)頭。 圖4-22所示是直接接收

27、式讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)，這類讀數(shù)頭應(yīng)用最廣。圖4-23所示是鏡象式讀數(shù)頭原理，它是利用裝在內(nèi)部的透鏡-反射鏡系統(tǒng)，形成標(biāo)尺光柵象來(lái)代替指示光柵，這樣可避免因標(biāo)尺光柵與指示光柵之間的間隙過(guò)小而擦傷尺面。 由于光柵檢測(cè)裝置個(gè)有檢測(cè)精度高、分辨率高、適宜大量程及動(dòng)態(tài)檢測(cè)的特點(diǎn)，所以多用于精密的自動(dòng)檢測(cè)及控制設(shè)備上。 (三米絲桿測(cè)量裝置）碼盤式檢測(cè)裝置碼盤是一種按角度直接編碼的角位移檢測(cè)裝置。它與測(cè)量中間過(guò)程無(wú)關(guān)，具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。碼盤所用的碼制有二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、十進(jìn)制碼等。四位的二進(jìn)制碼盤和循環(huán)制碼盤圖案如圖4-24所示。最外圈碼道代表最低位（20位），最內(nèi)圈碼道代表最高位（圖示為23位）。

28、光電式碼盤是以透光和不透光分別代表“1”和“0”。由圖可見(jiàn)，若對(duì)應(yīng)每一位用光敏元件檢測(cè)出光信號(hào)，就可讀出轉(zhuǎn)角的絕對(duì)值。當(dāng)使用的二進(jìn)制碼盤存在制造誤差和光電元件安裝位置誤差時(shí)，將會(huì)造成非單值性誤差，使用循環(huán)制碼盤，就可使誤差限制在最低位的一位數(shù)。由于碼盤具有自數(shù)字顯示及控制系統(tǒng)常用的重要部件。碼盤的結(jié)構(gòu)型式也有多種：光電式、電磁式、接觸式等。 旋轉(zhuǎn)變壓器特點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境要求低，抗干擾能力強(qiáng)，較適合工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等使用。旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組為變壓器原邊，轉(zhuǎn)子繞組為變壓器副邊，激磁電壓加到原邊。當(dāng)激磁電壓加到原邊繞組時(shí)，通過(guò)電磁

29、耦合，副邊繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。因旋轉(zhuǎn)變壓器的副邊繞組裝在轉(zhuǎn)子上，因此隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其副邊繞組輸出的電勢(shì)就和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成一定的函數(shù)關(guān)系，而普通變壓器卻是常數(shù)。圖4-25所示是旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理。當(dāng)=0時(shí)，兩繞組軸線重合，由定子繞組建立的磁場(chǎng)，其磁力線全部穿過(guò)轉(zhuǎn)子繞組，感應(yīng)電勢(shì)最大；當(dāng)=/2時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中沒(méi)有磁力線通過(guò)，感應(yīng)電勢(shì)為零。以=90為轉(zhuǎn)子初始位置，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)為：1sinsinsinmenUnUt（4-20）式中 n變壓比； U1定子激磁電壓，U1= Um sint Um定子激磁電壓的幅值； 激磁電壓的角頻率。磁柵式位移檢測(cè)裝置 磁柵檢測(cè)裝置是由磁柵、磁頭組成。磁柵是記錄有確定波

30、長(zhǎng)的矩形或正弦波磁信號(hào)的非磁性長(zhǎng)尺（或圓盤）。磁頭是檢測(cè)磁柵上磁信號(hào)的轉(zhuǎn)換元件。當(dāng)二者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以檢測(cè)出位移量的電信號(hào)。 （1）動(dòng)態(tài)磁頭：也稱為速度響應(yīng)式磁頭，如圖4-26所示，磁頭上僅有一組繞組，所以只能是當(dāng)磁頭與磁柵相以運(yùn)動(dòng)時(shí)才有信號(hào)輸出。輸出電壓在N極處為正的最大值，在S極處為負(fù)的最大值。錄音機(jī)磁頭就是使用動(dòng)態(tài)磁頭。（2）靜態(tài)磁頭：又稱為磁通響應(yīng)式磁頭。它在磁頭柵間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況下也能進(jìn)行檢測(cè)。靜態(tài)磁頭對(duì)柵信號(hào)讀出的原理如圖4-27所示。它有兩組繞組，一組為激磁繞組（u-）, 另一組為輸出繞組（u0），當(dāng)對(duì)激磁繞組通入交變的激磁電流時(shí)，鐵芯上就會(huì)產(chǎn)生交變磁通0的一部分2通過(guò)磁頭

31、鐵芯，另一部分3通過(guò)氣隙。靜態(tài)磁頭就是利用磁柵漏磁通0的一部分2通過(guò)磁頭鐵芯而拾取信號(hào)的。 00cos2sin2cos2mxuktktW 若磁頭與磁柵相對(duì)位移一個(gè)節(jié)距W，0也交變化一個(gè)周期。又因激磁線圈電壓u-變化一個(gè)周期時(shí)，鐵芯磁阻變化兩個(gè)周期。所以感就繞組輸出電壓為式中 k常數(shù)； m漏磁通峰值； x磁頭與磁柵間的相對(duì)位移； 激磁電壓角頻率。 激光檢測(cè)裝置 激光傳感器，通常由激光器、穩(wěn)頻器、光學(xué)干涉部分和光電轉(zhuǎn)換元件等組成 激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀有單頻激光干涉?zhèn)鞲衅骱碗p頻激光干涉?zhèn)鞲衅?。單頻激光干涉?zhèn)鞲衅魇抢眠~克爾遜干涉原理。而雙頻激光干涉?zhèn)鞲衅魇蔷C合運(yùn)用光學(xué)塞曼效應(yīng)、多普勒效應(yīng)和光學(xué)拍頻原理研制

32、而成， 22xN雙頻氦氖激光器由單頻氦氖激光器1和軸向磁場(chǎng)2組成，由于塞曼效應(yīng)，軸向磁場(chǎng)能把中心頻率為f0激光譜線分裂成兩個(gè)旋向相反的圓偏振光，其頻率分別為f1、f2。這兩種圓偏振光經(jīng)1/4波片3變成垂直的水平的兩個(gè)線偏振光，它們前進(jìn)到分光鏡4處，一部分光線反射后經(jīng)檢偏振器11，在光電元件12上取得頻差（即拍頻）為f1- f2的參考信號(hào)sin2(f1- f2)t。另一部分光線穿過(guò)分光鏡4后經(jīng)偏振分光鏡5，對(duì)偏振面垂直于入射平面頻率為f1的線偏振光產(chǎn)生全反射，而對(duì)偏振面在入射平面內(nèi)頻率為f2的偏振光全透過(guò)。兩者分別進(jìn)入?yún)⒖冀清F棱鏡7和工作臺(tái)上的角錐棱鏡6后，都被反射到偏振光分光鏡5的分光面上，再

33、經(jīng)反射鏡8、檢偏器9，被光電元件10接收。當(dāng)6不動(dòng)時(shí)，則光電元件10就得到與參考信號(hào)相同的頻差為f1- f2的信號(hào)；當(dāng)6移動(dòng)時(shí)，根據(jù)多普勒效應(yīng)，f2要變成f2（f2=f，當(dāng)6移向5時(shí)?。?）；反之?。?），這樣，在光電元件10上得到后頻f1- f2且按sin2(f1- f2f2)t變化的測(cè)量信號(hào)。將來(lái)自光電元件10、12上的拍頻信號(hào)各經(jīng)前置放在、整形、倍頻和計(jì)數(shù)后送入減法器，利用拍頻差N就可求出位移量式中 2頻率為f2的光波波長(zhǎng)； N測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)的拍頻差。 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)就是一種小型發(fā)電機(jī)。由于它具有輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比， U=kn （4-21）式中 k比例常數(shù)； N測(cè)速發(fā)電機(jī)

34、轉(zhuǎn)速。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出特性曲線如圖4-29所示。從圖可知，當(dāng)負(fù)載電阻 RL時(shí)，輸出電壓U與轉(zhuǎn)速n始終成正比，隨著負(fù)載電阻RL變小，輸出電壓下降，而且，當(dāng)它工作在較高轉(zhuǎn)速下，還會(huì)帶來(lái)非線性問(wèn)題。所以，選用測(cè)速發(fā)電機(jī)時(shí)應(yīng)按產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行確定。光電式轉(zhuǎn)速傳感器式中 Z圓盤上縫隙數(shù)； t 測(cè)量時(shí)間（s）。一般取Zt=6010m（m=0，1，2，）利用兩組縫隙間距W相同，位置相差（i/2+1/4）W（式中i為正整數(shù)）的指示縫隙和光電器件，就可辨別出圓盤的旋轉(zhuǎn)方向。 60NnZt 圖4-30是光電式轉(zhuǎn)速傳感器原理圖。它是由裝在被測(cè)軸上帶縫隙圓盤、指示縫隙盤、以及光源和光電器件等組成。光源發(fā)出的光通過(guò)縫

35、隙圓盤和指示縫隙盤照射到光電器件上。當(dāng)縫隙圓盤隨被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于圓盤上的縫隙間距與指示縫隙的間距相同，因此若圓盤每轉(zhuǎn)一周，光電器件就會(huì)輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù)測(cè)量時(shí)間t內(nèi)的脈沖數(shù)N，就可求出轉(zhuǎn)速（4-22）利用位移傳感器檢測(cè)速度各種氣隙型位移傳感器配合被測(cè)物體上的等距標(biāo)記（凸齒、凹坑等），都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量。圖4-31所示是利用位移傳感器（電渦流式或電容式等）檢測(cè)齒輪轉(zhuǎn)速的例子。轉(zhuǎn)速n為n = 60f/Z (r/min)式中 f傳感器輸出周期信號(hào)頻率（Hz） Z被測(cè)物體上標(biāo)記（齒）數(shù)。 如圖4-32所示，在被測(cè)物體上粘有多對(duì)小磁鋼，并把霍耳元件固定在其附近不動(dòng)，當(dāng)小磁鋼隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)而

36、經(jīng)過(guò)霍耳元件時(shí)，就可在霍耳元件上產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)。 霍爾元件（1）霍爾元件的工作原理霍爾效應(yīng)： 載流體位于磁場(chǎng)中，當(dāng)其流經(jīng)的電流I的方向與磁場(chǎng)B的方向之間有夾角時(shí)，則在載流體上平行于I、B的兩側(cè)面之間產(chǎn)生一個(gè)大小與電流I和磁場(chǎng)B的乘積成正比的電動(dòng)勢(shì)VH。我們稱VH。為霍爾電勢(shì)，該載流體為霍爾元件。在高純度半導(dǎo)體中霍 爾效應(yīng)表現(xiàn)顯著。電子受到的洛侖茲力為:()Lfe vB電子的電量1.602x10-19 C半導(dǎo)體中電子運(yùn)動(dòng)的速度磁場(chǎng)強(qiáng)度在洛侖茲力的作用下，電子被推向半導(dǎo)體的一側(cè)，并形成電子積累，而另一側(cè)形成對(duì)應(yīng)的正電荷積累，從而在兩側(cè)間形成電場(chǎng)，使運(yùn)動(dòng)的電子受電場(chǎng)力的作用：HEHVfe Eeb

37、 電場(chǎng)形成的電勢(shì)電場(chǎng)基板之間的距離霍爾元件（2）當(dāng)電子受到的洛侖茲力和電場(chǎng)力相等時(shí)，電荷的積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，則霍爾 電勢(shì)為：sinHVb v Bb v B 流經(jīng)載流體的電流與載流體中電子的速度有如下關(guān)系：In e v b d 載流體的電子密度由上兩式子可知道霍爾 電勢(shì)為1HHHRVI BI BKI Bn e dd 霍爾系數(shù)靈敏系數(shù)由此可知：1）在恒定電流之下可用霍爾元件測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B，在恒磁場(chǎng)之下，可以測(cè)電流I。2）元件的厚度越小，靈敏度越高，一般d =0.1-0.2mm3)霍爾電勢(shì)與電子密度成反比，所以金屬材料不能用作霍爾元件，因?yàn)榻饘僦械淖?由電子濃度太高。一般用來(lái)制造霍爾元件的材料有鍺

38、（Ge)、硅（Si)、 砷化銦（ InAs)、銻化銦(InSb)直流電機(jī)的調(diào)速原理式中 Ud加在電樞回路上電壓； U晶閘管正向壓降； Id電機(jī)電樞電流； Rd電機(jī)電樞電路總電阻； n0理想空載轉(zhuǎn)速； 電機(jī)的磁通； CE電勢(shì)常數(shù)?？梢?jiàn)，改變式（4-23）中Rd、Ud、中任何一個(gè)量，均可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。其中調(diào)速特性較好，應(yīng)用廣泛的是調(diào)壓調(diào)速。小功率電機(jī)可能用功率晶體管直接驅(qū)動(dòng)，但是對(duì)于較大功率的電機(jī)都是采用晶閘管（SCR）或晶體管脈寬（PWM）驅(qū)動(dòng)調(diào)速。 00;ddaEEddaEEUUI RnnnCCUUI RnnCC 根據(jù)晶閘管整流供電直流電機(jī)的機(jī)械特性方程，即調(diào)速公式（4-23）直流電機(jī)

39、的自動(dòng)調(diào)速度轉(zhuǎn)速負(fù)反饋dEdaUCnI RU 1()ddgFUK K UK n101111dgagaaddccEEEEK KUUK UURRnIInnCKCKCKCK1dFaFEEK K KK KKCC0cncn 據(jù)圖4-33可列出電機(jī)電樞回路的電壓平衡議程式及控制回路的電壓表達(dá)式（4-24）（4-25）式中 Id、Ud整流器的整流電流、整流電壓平均值 U晶閘管正向管壓降； Kd觸發(fā)器到整流器間的放大倍數(shù)； K1放大器的放大倍九； Ug給定電壓； KF速度反饋系數(shù)； n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。將式（4-25）代入式（4-24），可整理得出（4-26）式中 Ka從給定電奪到晶閘管整流輸出端整流電壓的放大倍數(shù)

40、， Ka= KdK1； K系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)，閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落。11acdERnnICKK如果令系統(tǒng)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速相等，則據(jù)式（4-23）和式（4-26）可得由此可見(jiàn)，在同樣負(fù)載下，閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落僅是開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)速降落的 ，從而使機(jī)械特性的硬度得到很大提高，如圖4-34中曲線1和4所示。11k 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)435 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 以正比于偏差U對(duì)時(shí)間的積分，去控制晶閘管觸發(fā)器的控制角，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜態(tài)誤差的調(diào)速。采用集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)積分環(huán)節(jié)，而且為了解決它的滯后問(wèn)題，又把它和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的比例調(diào)節(jié)器結(jié)合起來(lái)，即用比例積分（PI）調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差

41、調(diào)速。實(shí)際電路中，為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行限流保護(hù)，還應(yīng)引入電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié) ，這樣就組成了有兩個(gè)調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)即保證了無(wú)靜差調(diào)速，又改善了動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)了最佳過(guò)渡過(guò)程。 PWM(Pulse width Modulate)調(diào)速PWM晶體管功率放大器由兩部分組成，即電壓-脈寬變換器和開(kāi)關(guān)式功率放大器。電壓-脈寬變換器由三角波發(fā)生器和比較器組成，三角波發(fā)生器產(chǎn)生的頻率恒定的三角波UT與輸入控制信號(hào)UI相加后送到比較器，當(dāng)其負(fù)端接地，正端接信號(hào)UT + UI時(shí)，利用控制信號(hào)UI的大小，就可以改變比較器輸出信號(hào)US的脈沖寬度（占空比）。即當(dāng)UI為零時(shí)，US為正負(fù)脈沖寬度相等方

42、波，當(dāng)UI為正或負(fù)時(shí)，則比較器輸入端的三角波相應(yīng)上移或下移，US也相應(yīng)改變，直流脈寬調(diào)速就是利用脈寬調(diào)制（PWM）變換器，將直流電源電壓變換成較高頻率的方波電壓，再控制該方波脈沖寬度來(lái)改變加在電機(jī)電樞上平均電壓Ud進(jìn)行調(diào)速的。直流伺服電機(jī)的控制1）簡(jiǎn)單的穩(wěn)速控制系統(tǒng)電機(jī)軸上帶有一個(gè)永磁測(cè)速裝置，組成一個(gè)速度反饋回路，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速目的。這種穩(wěn)速精度可達(dá)2%-3%。2）鎖頻鎖相高精度穩(wěn)速控制系統(tǒng) 利用基準(zhǔn)信號(hào)與速度反饋信號(hào)進(jìn)行頻率相位比較后，去控制電機(jī)運(yùn)行的?；鶞?zhǔn)信號(hào)是采用石英晶體振蕩器。當(dāng)輸入信號(hào)與反饋信號(hào)送到頻率相位比較器后，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反映兩個(gè)信號(hào)相位誤差的信號(hào)，去控制電機(jī)速度朝著減少相位誤

43、差的方向變化，最后達(dá)到兩個(gè)信號(hào)具有相同頻率和固定相位差，此時(shí)稱為鎖定狀態(tài)。這時(shí)若輸入信號(hào)的頻率和相位稍有變化，頻率相位比較器輸出也會(huì)相應(yīng)變化，驅(qū)使電機(jī)速度朝著減少相位誤差方向改變。如果輸入頻率和相位以一定規(guī)律變化，只要在一定范圍內(nèi)，也可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度以同樣規(guī)律進(jìn)行跟蹤。 交流電機(jī)的調(diào)速原理106011fnss np根據(jù)電機(jī)學(xué)可知，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速（4-28）式中 s電機(jī)的轉(zhuǎn)差率； f1電機(jī)的供電頻率； p電機(jī)的極對(duì)數(shù)； n0電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速?？芍?，只要能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率s、極對(duì)數(shù)p和供電頻率f1中任一個(gè)參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 然而，繞組中的感應(yīng)電勢(shì)難以直接控制，當(dāng)電勢(shì)值較高時(shí)，可忽略定子繞組的漏磁阻

44、抗壓降，認(rèn)為定子相電壓U1= E1，得 這就是恒壓頻比的控制方式。交流電機(jī)的變頻調(diào)速（1）（1）開(kāi)環(huán)控制變頻調(diào)速變頻調(diào)速時(shí)，為了得到需要的電磁轉(zhuǎn)矩和充分利用本身鐵磁材料性能，應(yīng)使氣隙磁通恒定為額定磁通。根據(jù)三相異步電機(jī)定子每相電勢(shì)有效值表達(dá)式11114.44NmEf N K（4-29）式中 E1定子每相的感應(yīng)電勢(shì)有效值； 1N定子每相繞組匝數(shù)1NK繞組系數(shù)；m每極氣隙磁通量11Ef常值11Uf常值額定頻率以下調(diào)速由式（4-29）可知，要保持m不變，當(dāng)從額定頻率f1n下調(diào)頻率f1時(shí)，必須同時(shí)降低E1，使這就是恒定電勢(shì)頻率比的控制方式。它屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。額定頻率以上調(diào)速由于定子相電壓受額定電壓的限制，當(dāng)上調(diào)頻率時(shí)，只能保持U1= U1n，根據(jù)式（4-29）可知，這時(shí)將迫使磁通與頻率成反比例降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁調(diào)速的情況。 把上述兩種調(diào)速結(jié)合起來(lái)，可見(jiàn)在額定頻率以下屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”和額定頻率以上基本屬于“恒功率調(diào)速”，其控制特性如圖4-39所示。 交流電機(jī)的變頻調(diào)速（2）（2）轉(zhuǎn)差頻率控制調(diào)速轉(zhuǎn)差頻率是指施加于電機(jī)的交流電壓頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速（電氣角頻率）的差頻率。當(dāng)異步電機(jī)在允許過(guò)載轉(zhuǎn)矩以下時(shí)