步進、伺服編碼器教程合集直流伺服電機

1、任課教師：20102011學年第二學期34本章教學:一、教學要求：掌握直流伺服電機結(jié)構(gòu)、分類和作用等概念；理解直流伺服電機工作原理；掌握直流伺服電機的靜態(tài)特性；了解直流伺服電機的動態(tài)特性（關(guān)注機電時間常數(shù)的作用）；理解無刷直流電與普通直流伺服電機的區(qū)別。6本章教學:二、教學時間安排：4學時三、主要內(nèi)容：第一節(jié) 直流伺服電機工作原理第二節(jié) 直流伺服電機的結(jié)構(gòu)第三節(jié) 直流伺服電機的特性第四節(jié) 直流伺服電機控制 第五節(jié) 無刷直流電本章重點：直流伺服電機工作原理和靜態(tài)特性；本章難點：直流伺服電機的動態(tài)特性。四、教學過程：7直流伺服電機工作原理基本原理8第一節(jié) 1、直流伺服電直流伺服電機工作原理基本原理

2、加于直流電機的直流電源，借助于換向器和電刷的作用，使直流電機電樞線圈流過的電流，方向是交變的，從而使電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變，確保直流電機朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。定子：磁場永磁體轉(zhuǎn)子：電樞繞組換向：換向器與碳刷9第一節(jié) 1、直流伺服電圖形符號11直流伺服電機工作原理基本原理定子結(jié)構(gòu)12第一節(jié) 1、直流伺服電直流伺服電機工作原理基本原理轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)13第一節(jié) 1、直流伺服電直流伺服電機工作原理基本原理換向裝置14第一節(jié) 1、直流伺服電直流伺服電機工作原理基本原理第一節(jié) 1、直流伺服電鼓形繞組16直流伺服電機工作原理磁場、電樞反應與換向直流電磁場分析：18第一節(jié) 2、直流伺服電直流伺服電機工作原

3、理磁場、電樞反應與換向電樞反應的兩個重要影響：1）氣隙磁場發(fā)生扭斜，氣隙磁場的物理中性面將逆著電旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)過一個角度，物理中性面與幾何中性面不再重合。磁路飽和、換向2）半個極下磁通的增加值，將小于另半個極下磁通的減小值，總的氣隙磁通將有所減小，這就是電樞磁場的去磁作用。影響不大，但是降低電機的工作效率。19第一節(jié) 2、直流伺服電直流伺服電機工作原理磁場、電樞反應與換向20第一節(jié) 2、直流伺服電直流伺服電機工作原理磁場、電樞反應與換向減小和消除換向火花的方法：1）移動電刷法。將直流電的電刷從幾何中性面開始，逆著電樞旋轉(zhuǎn)方向移動電刷，使換向火花最小為止，移動的角度大于物理中性面的偏移角。附加換向磁

4、極法。在幾何中性面處設置附加的換向磁極，它的激磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，換向極的磁場方向必須與電樞磁場的方向相反。選用合適電刷法。21第一節(jié) 2、直流伺服電直流伺服電機工作原理轉(zhuǎn)矩方向與電流方向的關(guān)系轉(zhuǎn)矩方向與電流方向的關(guān)系：為確保直流電朝確定的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，通過線圈的電流方向是交替變化的。22第一節(jié) 3、直流伺服電傳統(tǒng)直流伺服電機和直流電機工作原理、結(jié)構(gòu)和基本特征沒有原則區(qū)別，但是在結(jié)構(gòu)和性能上做了一些改進，具有如下特點：1、采用細長的電樞以便降低轉(zhuǎn)動慣量，其慣量大約是普通直流電的1/31/2。2、具有優(yōu)良的換向性能，在大的峰值電流沖擊之下仍能確保良好的換向條件，因此具有大的瞬時電流和瞬時轉(zhuǎn)矩。

5、3、機械強度高，能夠承受住巨大的加速度造成的沖擊力作用。4、電刷一般都安放在幾何中型面上，以確保正反轉(zhuǎn)特性對稱。23第二節(jié) 直流伺服電機的結(jié)構(gòu)24第二節(jié) 直流伺服電機的結(jié)構(gòu)25第二節(jié) 直流伺服電機的結(jié)構(gòu)低慣量直流伺服電機無槽電樞盤式電樞空心杯電樞26第二節(jié) 直流伺服電機的結(jié)構(gòu)寬調(diào)速直流伺服電機27第二節(jié) 直流伺服電機的結(jié)構(gòu)第三節(jié) 直流伺服電機的特性轉(zhuǎn)矩：電勢：轉(zhuǎn)矩平衡方程式：28dT emT 0T L Jdt2TT GDdn0L375dtEaCenKeT emCI a第三節(jié) 直流伺服電機的特性電勢動態(tài)平衡方程式:電勢穩(wěn)態(tài)平衡方程式:轉(zhuǎn)矩穩(wěn)態(tài)平衡方程式:29T emT 0T LU aI aRaE

6、aULdiaiREaadtaaa第三節(jié) 直流伺服電機的特性機械(調(diào)節(jié))特性方程式 :1）機械特性：Ua一定時， n=f (Tem )轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系30n U a T emRaC tC eC t21、直流伺服電機的靜態(tài)特性:電樞控制第三節(jié) 直流伺服電機的特性2.調(diào)節(jié)特性：Tem一定時，n=f (Ua )轉(zhuǎn)速與控制量（如電壓）的關(guān)系311、直流伺服電機的靜態(tài)特性:電樞控制第三節(jié) 直流伺服電機的特性321、直流伺服電機的靜態(tài)特性:電樞控制第三節(jié) 直流伺服電機的特性Tem (t) CtIa (t)E (t) 60 C (t)a2eT(t) J d(t) T (t)emcdtdI(t)U (t) LR

7、 I(t) Ea(t)aaaaadt332、直流伺服電機的動態(tài)特性第三節(jié) 直流伺服電機的特性變換整理得：1( s ) ( T (em s )T (s)cJs) T(emsCt(I) sa1s) ( UI(s)E(s)aaas LaRa) 60C(E(s)s2ae342、直流伺服電機的動態(tài)特性第三節(jié) 直流伺服電機的特性按以上各式可建立動態(tài)方框圖：Te (s)T (s)-(s)Ua (s)Ia (s)Tem (s)-Ea (s)3560Ce2Ct1Js1Ra Las2、直流伺服電機的動態(tài)特性第三節(jié) 直流伺服電機的特性當Te=0時，傳遞函數(shù)為：(6C0 e( s )2)1 KeU ( s)s s 1

8、2s 12smemmem=式中， m 為電機電時間常數(shù)2R2602JJn0Jtgam26C0CT60ets e電磁時間常數(shù),為電eLRaa362、直流伺服電機的動態(tài)特性第三節(jié) 直流伺服電機的特性若 m10 e，可寫成：( s )2(ms16C0 e)( e s () 11 KeU ( ( s)ms1s )(1)e當e很小，1遠遠超過了控制系統(tǒng)通頻帶時，直流電動e機的傳遞函數(shù)可以簡化為：( s2)(6C0 e1) Ke ms 1 ms 1U (s)( s2)(6C0 e) 1 Ke同理：(s ms1) (s ms1U (s)372、直流伺服電機的動態(tài)特性第三節(jié) 直流伺服電機的特性影響 m 的主要：（1）負載轉(zhuǎn)動慣量的影響：J=Jm+JLJL負載折算轉(zhuǎn)動慣量（2）電樞回路電阻的影響：Ra=Ra+RiRi電源（放大器）內(nèi)阻（3）機械特性硬度的影響：n/T機械特性的斜率382、直流伺服電機的動態(tài)特性第四節(jié) 直流伺服電機控制電樞控制，輸入量是電樞