直流伺服电机的控制与驱动

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1、直流伺服电机控制与驱动 机械工程 内容安排1、直流伺服电机工作原理2、直流伺服电机的驱动3、直流伺服电机的选择n直流电机和直流伺服电机有什么区别： 伺服电机：有反馈的控制系统，它是直流供电，有编码器反馈速度和位置信号，有良好的动态性能。 直流电机：没有反馈信号，不能形成闭合回路。直流伺服电机的特点优点：具有较高的响应速度、精度和频率，优良的控制特性等。便于调速，机械特性好。缺点：但由于使用电刷和换向器，故寿命较低，需要定期维修。转动惯量过大输出转矩过小，动态特性差。 直流伺服电动机由线圈转子（也称电枢），能产生固定磁场的定子，电刷，换向器组成，其原理简图如图所示。1、直流伺服电机工作原理U+N

2、S电刷电刷换向片换向片直流电源直流电源电刷电刷换向器换向器线圈线圈II1、直流伺服电机工作原理注意：注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。使线圈逆时针旋转。FFU+NS电刷电刷换向片换向片II换向器作用：换向器作用：将外部直流电将外部直流电转换成内部的转换成内部的交流电，以保交流电，以保持转矩方向不持转矩方向不变。变。FFU+NS电刷电刷换向片

3、换向片IIEbEb由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。方向相反。 直流伺服电动机采用直流供电，为调节电动机转速和方向，需要对其直流电压的大小和方向进行控制。根据电工学原理，永磁式直流电机的转矩与流过电枢回路的电流强度成正比：（1）（2）（3）n联立式子1、2、3求解可得：n这样我们通过控制加在电机上的电压来控制转速（4）2、直流伺服电机的控制与驱动n直流伺服电机是直流供电，为了调节电机转速和方向，需要对其直流电压的大小和方向进行控制。目前常用的驱动方式是PWM（

4、pulse width modulation）脉冲宽度调制的英文缩写。它的含义是利用大功率晶体管的开关作用，使得加到电机上电压的时间（占空比）发生变化，从而控制电机电压的平均值来控制电机的转速。此时电机只能在某一个方向调速，称为不可逆调速。当需要电机在正、反两个方向都能调速的时候，需要使用桥式降压电路通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为a= t1 /T，则 电机的平均速度为 Va = Vmax *a其中Va指的是电机的平均速度，Vmax 指电机在通电时的最大速度， a= t1 /T是指占空比 .由上面的公式可见，当我们改变占空比a时，就可以得到不同的电机平均速度Va，从而达到调速的目的。n选择依据是惯量匹配原则或者等效转矩来选择，只介绍第一种方法n惯量匹配原则n根据理论分析和实践证明，负载惯量和电机惯量的比值对伺服系统的性能有很大的影响。通常分为两种情况：3、直流伺服电动机的选择