機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)04(伺服系統(tǒng))

1、第三章 伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，把輸出量能夠以一定的準(zhǔn)確度在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，把輸出量能夠以一定的準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化為變化的系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)，亦稱隨動(dòng)系統(tǒng)。跟隨輸入量的變化為變化的系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)，亦稱隨動(dòng)系統(tǒng)。它用來(lái)控制被控對(duì)象的轉(zhuǎn)角（或位移），使其能自動(dòng)地連續(xù)地，它用來(lái)控制被控對(duì)象的轉(zhuǎn)角（或位移），使其能自動(dòng)地連續(xù)地，精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律。其組成如下圖：精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律。其組成如下圖：伺服系統(tǒng)的基本要求：穩(wěn)定性;-固有特性 精度及系統(tǒng)誤差；-動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)、靜態(tài)快速響應(yīng)性及調(diào)速范圍常用的電力電子器件常用的電力電子器件:晶閘管晶閘管 導(dǎo)通條件

2、是指晶閘管從阻斷到導(dǎo)通所需的條件。這個(gè)條件是在晶閘管的陽(yáng)極加上正向電壓，同時(shí)在控制極上加上正向電壓。關(guān)斷條件是指晶閘管從導(dǎo)通到阻斷所需的條件。晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極就對(duì)晶閘管不起作用了。只有當(dāng)流過(guò)晶閘管的電流小于晶閘管導(dǎo)通所需的電流即維持電流時(shí)，晶閘管才關(guān)斷。SCR的控制信號(hào)和輸出波形G+，導(dǎo)通G-，截止復(fù)合晶體管，電流放大系數(shù)大電壓控制，輸入阻抗高，抗過(guò)載，抗干擾電容作用伺服系統(tǒng)中的執(zhí)行元件三種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)角與數(shù)字脈沖成比例，可構(gòu)成直接數(shù)字控制構(gòu)成廉價(jià)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制較簡(jiǎn)單高響應(yīng)、高功率密度可實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)字控制換向器件需維護(hù)具有DC伺服電機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)無(wú)接觸換向器件，維護(hù)方便3.

3、1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及其控制1. 1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移（或線位移）的一種機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)角與脈沖，速度與頻率成正比，運(yùn)動(dòng)方向與通電順序相關(guān)。定位精度高，且無(wú)累積誤差。轉(zhuǎn)換速度慢，毫秒級(jí)與一般的伺服電機(jī)比較：可以直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中可以達(dá)到高精度的定位和調(diào)速，位置誤差不會(huì)累積。步進(jìn)電機(jī)的種類(lèi)步進(jìn)電機(jī)的種類(lèi)2. 2. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理，錯(cuò)齒產(chǎn)生力矩，錯(cuò)齒產(chǎn)生力矩，是助使步進(jìn)電機(jī)是助使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。旋轉(zhuǎn)的根本原因。11360360360*46124*334013360360Zkm3603603 2

4、 401.5mkZ v五相步進(jìn)電機(jī) 步距角及步距精度 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組通電狀態(tài)每變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度，常用數(shù)控機(jī)床為0.53，步距角小，加工精度高。 步距精度指理論步距角與實(shí)際步距角之差，以分表示。主要是由步進(jìn)電機(jī)齒距制造誤差、定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻、各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻造成的。3. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特性 啟動(dòng)頻率與慣頻特性步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，進(jìn)入不失步的正常運(yùn)行所允許的最高頻率。與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān) 運(yùn)行頻率與矩頻特性步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子運(yùn)行的過(guò)渡過(guò)程尚未達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，即某一頻率下的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。與電磁常數(shù)有關(guān)。 矩角特性空載時(shí)，若步進(jìn)電機(jī)某相通以直流電流，則該

5、相對(duì)應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子齒槽對(duì)齊。此時(shí)轉(zhuǎn)子上無(wú)力矩輸出。如果此時(shí)在電機(jī)軸上加一負(fù)載力矩M，則轉(zhuǎn)子要相應(yīng)力矩的方向轉(zhuǎn)一個(gè)角才能重新穩(wěn)定下來(lái)，此時(shí)轉(zhuǎn)子上的電磁力矩Mj與負(fù)載力矩M相等。 Mj稱為靜態(tài)力矩， 稱為失調(diào)角。 Mj =f()稱為矩角特性。近似正弦。sinmaxTTjMjmax為最大靜態(tài)力矩，曲線A和B的交點(diǎn)Mq是電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的最大啟動(dòng)啟動(dòng)力矩。步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)的產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)的產(chǎn)生4. 4. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)硬件環(huán)分軟件環(huán)分+ 功率驅(qū)動(dòng)YB014MOV P1,R0INC R0MOV A,R0CJNE A,#5DH,RE1MOV R0,55HRE1:RETI/主程序MOV

6、 R0,55H 55H:DB 0EEH,0CCH,0DDH,99H,0BBH,33H,77H,66H單電壓驅(qū)動(dòng)及其改進(jìn)a)圖（a）中，Ra為電動(dòng)機(jī)一相繞組內(nèi)阻，L為其電感，VT是大功率管，Rc是外接電阻，VD是續(xù)流管。由于caRRLRa很小，如不接Rc，則時(shí)間常數(shù)大，VT由截止變?yōu)閷?dǎo)通時(shí)，電流上升慢，影響啟動(dòng)頻率。串接Rc可減小時(shí)間常數(shù)，使脈沖電流的前沿變陡，從而改善頻率響應(yīng)。但Rc使整個(gè)系統(tǒng)效能降低。b)圖（b）在外接電阻Rc上并接一個(gè)電容（與加速電容作用相同），改善注入電流脈沖前沿狀況。增加注入繞組的平均電流值。（開(kāi)始電阻相當(dāng)于被短接）。c)圖（c）在VD支路加接泄放電阻R，減少時(shí)間常數(shù)，

7、使脈沖電流的后沿變陡，有利于提高電機(jī)的高頻性能，但使低頻變壞，對(duì)轉(zhuǎn)子阻尼變?nèi)?，易引起低頻共振區(qū)運(yùn)行不平穩(wěn)。高低壓驅(qū)動(dòng)（用得廣泛）+80V+12V如圖，則在t1t2時(shí)間內(nèi)，VT1、VT2均飽和導(dǎo)通，+80V的電源經(jīng)VT1、VT2管加到電機(jī)繞組L上，使其電流迅速上升，當(dāng)時(shí)間達(dá)到t2， VT2截止，電機(jī)繞組電流由+12V經(jīng)VT1維持，此時(shí)電機(jī)電流下降到額定值，直到t3 ， VT1截止，繞組電流經(jīng)高壓源E1，地，E2，V2放電，下降到零。優(yōu)點(diǎn)：功耗小，啟動(dòng)力矩大，工作頻率高。缺點(diǎn)：大功率管數(shù)量多，增加驅(qū)動(dòng)電源成本。 恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路電流取樣電阻電壓比較器參考值設(shè)定 由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子本身慣量大，尤其帶了

8、負(fù)載后，啟動(dòng)頻率將會(huì)大大下降。為使步進(jìn)電機(jī)能在較高的頻率下工作，可對(duì)其升降速度進(jìn)行控制，使脈沖信號(hào)能按一定的規(guī)律升頻和降頻。5. 5. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)升降速控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)升降速控制工作原理：工作原理： 設(shè)Pa為控制脈沖，其頻率為fa，Pb為實(shí)際送入電機(jī)的工作脈沖，其頻率為fb。 Pa和Pb都經(jīng)同步器送入可逆計(jì)數(shù)器。同步器的作用在于保證不丟失Pa和Pb ，并使Pa送入可逆計(jì)數(shù)器時(shí)作加法，Pb送入可逆計(jì)數(shù)器時(shí)作減法，可逆計(jì)數(shù)器記下的是控制脈沖與實(shí)際脈沖之差N，將此數(shù)通過(guò)數(shù)字電位器轉(zhuǎn)換成電阻值R的變化，進(jìn)而改變振蕩頻率。v電路設(shè)計(jì)成平滑系統(tǒng)，當(dāng)輸入量fa為階躍值時(shí)，輸出量fb是緩慢變化的，從而達(dá)

9、到自動(dòng)升降速的目的。v只有當(dāng)N不為零時(shí)，才有輸出脈沖。v在進(jìn)給開(kāi)始時(shí)， fa fb，振蕩器頻率低，反饋脈沖小于輸入脈沖，N增大， fb逐漸增大，經(jīng)過(guò)t時(shí)間， fa= fb，N不變，升速結(jié)束。進(jìn)入恒速。到達(dá)終點(diǎn)， fa=0 fb ，N減少， 振蕩器頻率降低，fb 逐漸減少，直到N=0，振蕩停止，步進(jìn)電機(jī)停止工作。v常用的升降速規(guī)律圖a為線性升降速，以恒定的加速度，容易實(shí)現(xiàn)，方法簡(jiǎn)單，但加速時(shí)間較長(zhǎng)。圖b為指數(shù)曲線，由步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性推導(dǎo)來(lái)，符合電機(jī)加減速規(guī)律，快速響應(yīng)好，縮短了升降速時(shí)間。圖c為拋物線，這種方法充分利用步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩，升降速時(shí)間大大縮短。v運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)

10、設(shè)計(jì)步驟1、脈沖當(dāng)量的選擇2、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 空載摩擦轉(zhuǎn)矩Tlf 加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL3、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 滾珠絲杠的Js， 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)換算到電機(jī)軸上的Jw 大齒輪和小齒輪的Jg4、初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 5、速度的驗(yàn)算 快進(jìn)和工進(jìn)速度21,360zliiz3.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及其控制1.1.直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)： 響應(yīng)速度高、精度高、響應(yīng)速度高、精度高、調(diào)速范圍廣、控制特性優(yōu)調(diào)速范圍廣、控制特性優(yōu)良。良。 其原理與普通直流電機(jī)其原理與普通直流電機(jī)相同，由磁極、電樞、電相同，由磁極、電樞、電刷和換向片組成。但外形刷和換向片組成。但外形細(xì)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，以滿細(xì)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

11、小，以滿足快速響應(yīng)的要求。足快速響應(yīng)的要求。基本結(jié)構(gòu)2.2.控制方式：控制方式：圖5.52 直流電機(jī)模型根據(jù)上式，控制方式有根據(jù)上式，控制方式有a2(1)(2)(3)(4)kaaaaetakee tUEI REcnTcIUTRncc c電樞電壓電樞反電勢(shì)電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速因此，有三種調(diào)速方法： （即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）：不同的轉(zhuǎn)速時(shí)， （即恒功率調(diào)速）：不同的轉(zhuǎn)速時(shí)， 即恒功率調(diào)速），如主軸伺服驅(qū)動(dòng)，在額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率調(diào)速.constITL如進(jìn)給伺服系統(tǒng)如小慣量高速伺服系統(tǒng).constIP3.3.直流伺服電動(dòng)機(jī)的特性：直流伺服電動(dòng)機(jī)的特性： 機(jī)械特性：電壓恒定時(shí)，機(jī)械特性：電

12、壓恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系。變化的關(guān)系。1)1)當(dāng)當(dāng)T=0T=0時(shí)，時(shí)，n0n0為理想空載為理想空載轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速。2)2)當(dāng)當(dāng)n=0n=0時(shí)，時(shí)，T T為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。許多工程或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。許多工程機(jī)械如電鏟就工作于堵機(jī)械如電鏟就工作于堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 機(jī)械特性2kkee tUTRnccc4.4.直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)用直流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系用直流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)。常用的有晶閘管統(tǒng)。常用的有晶閘管- -直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和大功率晶體管脈寬調(diào)制大功率晶體管脈寬調(diào)制(PWM)(PWM)調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。4.

13、1 4.1 晶閘管晶閘管- -直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1)1)組成：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器組成：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRASR、電流調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器ACRACR、測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)TGTG、電流互感器、電流互感器TATA、晶閘管觸、晶閘管觸發(fā)器發(fā)器ATAT、晶閘管、晶閘管URUR及伺服電動(dòng)機(jī)。及伺服電動(dòng)機(jī)。直流伺服系統(tǒng)為消除系統(tǒng)靜差并提高系統(tǒng)的快速響為消除系統(tǒng)靜差并提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)，常采用應(yīng)，常采用PIPI調(diào)節(jié)器作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRASR和電流調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器ACRACR。PIPI調(diào)節(jié)器的特調(diào)節(jié)器的特性：性：比例積分調(diào)節(jié)器輸出電壓輸出電壓u uscsc第一部分是比例部分，在輸?shù)?/p>

14、一部分是比例部分，在輸入電壓入電壓u usrsr加上的瞬間加上的瞬間,C,C1 1相當(dāng)于短路，此時(shí)相當(dāng)于短路，此時(shí)只相當(dāng)于比例調(diào)節(jié)器，輸出電壓只相當(dāng)于比例調(diào)節(jié)器，輸出電壓u uscsc=K=Kp pu usrsr，毫無(wú)延遲，調(diào)節(jié)速度快。第二部分是積分部毫無(wú)延遲，調(diào)節(jié)速度快。第二部分是積分部分，隨著分，隨著C C1 1充電，不斷上升，上升快慢取決充電，不斷上升，上升快慢取決于于i i。正因?yàn)檫@種積累、保持特性，所以。正因?yàn)檫@種積累、保持特性，所以能消除靜態(tài)誤差。能消除靜態(tài)誤差。PIPI調(diào)節(jié)器飽和后，將維持調(diào)節(jié)器飽和后，將維持輸出值恒定，只有超調(diào)，也就是輸入為負(fù)，輸出值恒定，只有超調(diào)，也就是輸入為

15、負(fù)，才能退出飽和。才能退出飽和。dtuuKusrisrpsc12)2)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性(1)(1)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都為零。穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都為零。LiinnIUUnUU*由于由于ASRASR不飽和，則不飽和，則I IL LI I IN N （額定電流）。在（額定電流）。在兩個(gè)調(diào)節(jié)器均不飽和兩個(gè)調(diào)節(jié)器均不飽和時(shí)運(yùn)行于右圖靜特性時(shí)運(yùn)行于右圖靜特性n n0 0-A-A段：段：(2)(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，ASRASR輸出達(dá)到限幅值，輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)開(kāi)環(huán)，轉(zhuǎn)

16、速變化對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，轉(zhuǎn)速外環(huán)開(kāi)環(huán)，轉(zhuǎn)速變化對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，此時(shí)只有電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）起作用。此時(shí)：此時(shí)只有電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）起作用。此時(shí)：LmimLIUI*I ILmLm為設(shè)計(jì)最大電流。它決定于電動(dòng)機(jī)允許的為設(shè)計(jì)最大電流。它決定于電動(dòng)機(jī)允許的過(guò)載時(shí)的最大電流，在轉(zhuǎn)速過(guò)載時(shí)的最大電流，在轉(zhuǎn)速nnnIIL L, ,轉(zhuǎn)速還會(huì)上升，當(dāng)其相等時(shí)，轉(zhuǎn)速還會(huì)上升，當(dāng)其相等時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到峰值，然后開(kāi)始減速，最后穩(wěn)定轉(zhuǎn)速達(dá)到峰值，然后開(kāi)始減速，最后穩(wěn)定在在n n* *. .雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖直流伺服電機(jī)模型晶閘管模型E(s)與n關(guān)系3)3)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)(1)起動(dòng)過(guò)程主要為恒流

17、（以允許的最大過(guò)載起動(dòng)過(guò)程主要為恒流（以允許的最大過(guò)載電流）升速。起動(dòng)時(shí)間短。電流）升速。起動(dòng)時(shí)間短。(2)(2)采用采用PIPI調(diào)節(jié)，必然有超調(diào)，使調(diào)節(jié)，必然有超調(diào)，使PIPI調(diào)節(jié)器退調(diào)節(jié)器退出飽和。出飽和。(3)(3)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，響應(yīng)快。具有良好的動(dòng)態(tài)性能，響應(yīng)快。(4)(4)具有良好的抗干擾性能：具有良好的抗干擾性能：ASRASR抗負(fù)載擾動(dòng)，抗負(fù)載擾動(dòng)，ACRACR抗電網(wǎng)波動(dòng)。抗電網(wǎng)波動(dòng)。4.2 4.2 直流脈寬調(diào)制直流脈寬調(diào)制(PWM)(PWM)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)近年發(fā)展迅速，優(yōu)點(diǎn)：主電路簡(jiǎn)單，功率元件近年發(fā)展迅速，優(yōu)點(diǎn)：主電路簡(jiǎn)單，功率元件少，開(kāi)關(guān)頻率高，電流易于連續(xù)，損失小，

18、低少，開(kāi)關(guān)頻率高，電流易于連續(xù)，損失小，低速性能好，調(diào)整范圍寬等。速性能好，調(diào)整范圍寬等。1) 1) 電壓，脈寬變換原理。電壓，脈寬變換原理。組成：三角波（鋸齒波）發(fā)生器、加法器和比組成：三角波（鋸齒波）發(fā)生器、加法器和比較器組成。較器組成。H H型橋式型橋式PWMPWM晶體管功率放大電路圖：晶體管功率放大電路圖：3 3種工作狀態(tài)：種工作狀態(tài)：( (視脈寬調(diào)壓視脈寬調(diào)壓) )(1)(1)當(dāng)當(dāng)U UI I=0=0時(shí)，時(shí)，U Us s的正負(fù)脈寬相等，直流分量的正負(fù)脈寬相等，直流分量為零，但在交流分量的作用下，電機(jī)在停為零，但在交流分量的作用下，電機(jī)在停止位置處微振，動(dòng)力潤(rùn)滑，減少靜磨擦，止位置處微

19、振，動(dòng)力潤(rùn)滑，減少靜磨擦，減少起動(dòng)阻力。減少起動(dòng)阻力。(2)(2)當(dāng)當(dāng)U UI I00時(shí)，時(shí)，U Us s的正脈寬的正脈寬 負(fù)脈寬，直流分負(fù)脈寬，直流分量大于零，正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速上升。量大于零，正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速上升。(3)(3)當(dāng)當(dāng)U UI I00時(shí)，時(shí)，U Us s的正脈寬的正脈寬 負(fù)脈寬，直流分負(fù)脈寬，直流分量小于零，反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速上升。量小于零，反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速上升。脈寬調(diào)制單元調(diào)制波發(fā)生器邏輯延時(shí)限流保護(hù)基極驅(qū)動(dòng)器雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理框圖直流伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算原則： 慣量匹配：大慣量：0.25=Jel/Jm=1 等效轉(zhuǎn)矩Trms：一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)所需電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根值。 v直流永磁無(wú)刷電機(jī)3.3 交

20、流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及其控制1.1.交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：空間互成交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：空間互成9090度度電角度兩繞組，源繞組接電源，控制繞組接電角度兩繞組，源繞組接電源，控制繞組接控制電壓。常見(jiàn)形式控制電壓。常見(jiàn)形式有鼠籠形和杯形，前有鼠籠形和杯形，前者緊湊，性能優(yōu)良，者緊湊，性能優(yōu)良，但慣量大，后者慣量但慣量大，后者慣量小，無(wú)齒槽，運(yùn)轉(zhuǎn)平小，無(wú)齒槽，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但氣隙大，勵(lì)磁穩(wěn)，但氣隙大，勵(lì)磁電流大，效率低，體電流大，效率低，體積大。積大。2.2.交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制交流伺服與單相感應(yīng)電機(jī)工作原理相同，但性交流伺服與單相感應(yīng)電機(jī)工作原理相同，但性能不同，單相感應(yīng)

21、電機(jī)利用自轉(zhuǎn)工作，而交流能不同，單相感應(yīng)電機(jī)利用自轉(zhuǎn)工作，而交流伺服必須消除自轉(zhuǎn)。伺服必須消除自轉(zhuǎn)。消除自轉(zhuǎn)的原理：由單相感應(yīng)電機(jī)工作原理知，消除自轉(zhuǎn)的原理：由單相感應(yīng)電機(jī)工作原理知，其力矩曲線為正反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的力矩之其力矩曲線為正反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的力矩之和，消除自轉(zhuǎn)，只需使力矩之和為負(fù)即可，也和，消除自轉(zhuǎn)，只需使力矩之和為負(fù)即可，也就是增加轉(zhuǎn)子電阻，當(dāng)電阻足夠大時(shí)，合力矩就是增加轉(zhuǎn)子電阻，當(dāng)電阻足夠大時(shí)，合力矩始終與轉(zhuǎn)向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如下圖所示：始終與轉(zhuǎn)向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如下圖所示：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓的大小或相位達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，有三種方式： 調(diào)節(jié)控制電壓幅值大小，改變轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)控制電壓的相位角，改變轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)控制電壓時(shí)，相位角隨之改變，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速目的控制繞組勵(lì)磁繞組3.3.交流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)1)1)交流變頻調(diào)速原理及特性交流變頻調(diào)速原理及特性已知異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速方程：已知異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速方程：)1()1(6001snspfn可知：改變頻率可改變同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。可知：改