機(jī)電系統(tǒng)檢測(cè)與控制-第五章 機(jī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1、濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院第五章 機(jī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu) 機(jī)電一體化系統(tǒng)常用的控制用電機(jī)機(jī)電一體化系統(tǒng)常用的控制用電機(jī) 計(jì)算機(jī)執(zhí)行元件機(jī)械系統(tǒng)傳感檢測(cè)裝置電源機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求1、慣量小，動(dòng)力大；、慣量小，動(dòng)力大；2、體積小，重量輕；、體積小，重量輕；3、易于微機(jī)控制；、易于微機(jī)控制；4、易于維修安裝。、易于維修安裝。 5.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)常用的控制用電機(jī) 控制用電機(jī)控制用電機(jī)-是是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并能在很寬的速度和負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)并能在很寬的速度和負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)精確控制的能量轉(zhuǎn)換裝置。精確控制的能量轉(zhuǎn)換裝置。 控制用電機(jī)按照工作原

2、理不同分為三種：控制用電機(jī)按照工作原理不同分為三種： 步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)、直流伺服電步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)、直流伺服電機(jī)。機(jī)。 不同的系統(tǒng)中所采用的執(zhí)行元件有所不不同的系統(tǒng)中所采用的執(zhí)行元件有所不同。同。 一、伺服系統(tǒng)的分類(lèi)： 1、開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)：不設(shè)反饋裝置，電機(jī)在信號(hào)指、開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)：不設(shè)反饋裝置，電機(jī)在信號(hào)指令的直接作用下運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。令的直接作用下運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中所采用的執(zhí)行元件為：步進(jìn)電機(jī)。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中所采用的執(zhí)行元件為：步進(jìn)電機(jī)。 優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，控制簡(jiǎn)單。優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，控制簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：沒(méi)有反饋裝置，精度低。缺點(diǎn)：沒(méi)有反饋裝置，精度低。 應(yīng)

3、用：簡(jiǎn)單機(jī)電一體化系統(tǒng)中。應(yīng)用：簡(jiǎn)單機(jī)電一體化系統(tǒng)中。計(jì)算機(jī)步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)2、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)：、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)執(zhí)行元件工作臺(tái)傳感檢測(cè)裝置2、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)： 在電機(jī)輸出端安裝反饋元件，將位置在電機(jī)輸出端安裝反饋元件，將位置信號(hào)和速度信號(hào)反饋給相應(yīng)的控制器，不信號(hào)和速度信號(hào)反饋給相應(yīng)的控制器，不斷調(diào)整以獲得較高的控制精度。斷調(diào)整以獲得較高的控制精度。 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，多采用交流伺服電半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，多采用交流伺服電機(jī)或直流伺服電機(jī)。機(jī)或直流伺服電機(jī)。 優(yōu)點(diǎn)：控制精度高且易于控制。優(yōu)點(diǎn)：控制精度高且易于控制。 應(yīng)用：廣泛應(yīng)用。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用。 3、閉環(huán)伺服系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)執(zhí)行元件工作臺(tái)傳感

4、檢測(cè)裝置3、閉環(huán)伺服系統(tǒng)：、閉環(huán)伺服系統(tǒng)： 在工作臺(tái)的輸出端安裝反饋元件，將位在工作臺(tái)的輸出端安裝反饋元件，將位置信號(hào)和速度信號(hào)反饋給相應(yīng)的控制器，置信號(hào)和速度信號(hào)反饋給相應(yīng)的控制器，不斷修正誤差以獲得很高的精度。不斷修正誤差以獲得很高的精度。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般為直流伺閉環(huán)伺服系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般為直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。 優(yōu)點(diǎn)：控制精度最高；優(yōu)點(diǎn)：控制精度最高； 缺點(diǎn)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整困難；缺點(diǎn)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整困難； 應(yīng)用：應(yīng)用于精度要求很高的伺服系統(tǒng)中。應(yīng)用：應(yīng)用于精度要求很高的伺服系統(tǒng)中。5.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路一一 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)

5、構(gòu)： 由定子、轉(zhuǎn)子構(gòu)成。由定子、轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子上有繞組，相對(duì)的定子上有繞組，相對(duì)的兩個(gè)極上的繞組串聯(lián)構(gòu)兩個(gè)極上的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相，通以脈沖電流；成一相，通以脈沖電流；轉(zhuǎn)子為易于磁化的鐵磁轉(zhuǎn)子為易于磁化的鐵磁體。體。二步進(jìn)電機(jī)的工作原理： 輸入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即輸入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，改變脈沖頻率就改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，改變脈沖頻率就改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，改變通電順序就改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速，改變通電順序就改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。 二步進(jìn)電機(jī)的工作原理： 當(dāng)a相通電時(shí)，定子產(chǎn)生磁場(chǎng)a-a，轉(zhuǎn)子被磁化后與a對(duì)齊； 當(dāng)a相斷電，改為b相通電時(shí)，定子則產(chǎn)生磁場(chǎng)b-b，轉(zhuǎn)子被吸引過(guò)去

6、，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30，與b相磁場(chǎng)對(duì)齊，相當(dāng)于走了一步； 如此按a-b-c-a順序連續(xù)通電，則轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)通電順序改為a-c-b-a時(shí)，則轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。當(dāng)不通電時(shí)，轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)。 由此得到：由此得到：1 1、步進(jìn)電機(jī)的定義：、步進(jìn)電機(jī)的定義： 是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。又叫電脈沖馬達(dá)或脈沖電動(dòng)機(jī)。 2 2、步距角、步距角 ： 改變一次通電順序，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。由此得到：由此得到：2 2、步距角、步距角 ： 改變一次通電順序，改變一次通電順序，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。的角度。zkm360三、步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi)： 按轉(zhuǎn)子的材料不同分，步進(jìn)電機(jī)分為三種

7、： 1、反應(yīng)式（可變磁阻式）：vr 型，variable, 轉(zhuǎn)子為易于磁化的鐵磁體。 2、永磁式：pm 型，permanent magnet，轉(zhuǎn)子為永久磁鐵。無(wú)勵(lì)磁時(shí)具有保持力，可定位驅(qū)動(dòng)。 3、 混合式：hb型，hybrid,轉(zhuǎn)子為鐵磁與永久磁鐵的混合。按照繞組的相數(shù)來(lái)分，步進(jìn)電機(jī)分為：按照繞組的相數(shù)來(lái)分，步進(jìn)電機(jī)分為： 1、 三相步進(jìn)電機(jī) 2、 四相步進(jìn)電機(jī) 3、 五相步進(jìn)電機(jī) 4、 六相步進(jìn)電機(jī) 同一種相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)又分為不同的拍數(shù)。一拍指改變一次通電順序。 最常用的是三相步進(jìn)電機(jī)。四、三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的通電方式四、三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的通電方式1、三相單三拍： 按a-b-c-a順序通電

8、，即每拍中步進(jìn)電機(jī)的一相供電，步距角為30。 一拍，指改變一次通電順序，例如，從a通電改為b通電。其通電順序?yàn)椋浩渫婍樞驗(yàn)椋?a-b-c-a第一拍：a通電，b、c斷電，轉(zhuǎn)子與a極對(duì)齊；第二拍：b通電，a、c斷電，轉(zhuǎn)子與b對(duì)齊；第三拍：c通電，a、b斷電，轉(zhuǎn)子與c對(duì)齊。 當(dāng)按照a-b-c-a順序通電，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過(guò)一周，這種通電順序稱(chēng)為三相單三拍。 2、三相雙三拍：、三相雙三拍： 按按ab-bc-ca-ab順序通電，每拍順序通電，每拍中步進(jìn)電機(jī)的兩中步進(jìn)電機(jī)的兩相供電，步距角相供電，步距角為為30。其通電順序?yàn)椋浩渫婍樞驗(yàn)椋?ab-bc-ca-ab第一拍：a、b通電，c斷電，轉(zhuǎn)子與a、b相合成磁

9、場(chǎng)的軸線對(duì)齊；第二拍：b、c通電，a斷電，轉(zhuǎn)子與b、c相合成磁場(chǎng)的軸線對(duì)齊； 第三拍：c、a通電，b斷電，轉(zhuǎn)子與c、a相合成磁場(chǎng)的軸線對(duì)齊。 3 3、三相六拍：、三相六拍： 按照a-ab-b-bc-c-ca-a 順序通電，步距角為15。其通電順序?yàn)椋浩渫婍樞驗(yàn)椋篴-ab-b-bc-c-ca-a 第一拍：a通電，b、c斷電，轉(zhuǎn)子與a對(duì)齊；第二拍：a、b通電，c斷電，轉(zhuǎn)子與a、b的合成磁場(chǎng)軸線對(duì)齊；第三拍：b通電，a、c斷電，轉(zhuǎn)子與b對(duì)齊；第四拍：b、c通電，a斷電，轉(zhuǎn)子與b、c的合成磁場(chǎng)軸線對(duì)齊； 第五拍：c通電，a、b斷電，轉(zhuǎn)子與c對(duì)齊；第六拍：c、a通電，b斷電，轉(zhuǎn)子與c、a的合成磁場(chǎng)軸線

10、對(duì)齊。 課堂思考：請(qǐng)寫(xiě)出四相單四拍、四相雙四拍、四相八課堂思考：請(qǐng)寫(xiě)出四相單四拍、四相雙四拍、四相八拍步進(jìn)電機(jī)的通電順序（脈沖分配方式）。拍步進(jìn)電機(jī)的通電順序（脈沖分配方式）。 四相單四拍的通電順序?yàn)椋?a-b-c-d-a 四相雙四拍的通電順序?yàn)椋?ab-bc-cd-da-ab 四相八拍的通電順序?yàn)椋?a-ab-b-bc-c-cd-d-da-a由上面的分析可見(jiàn)：由上面的分析可見(jiàn)： 三相六拍要比三相單三拍和三相雙三拍的步距角小一半。 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)越多，步距角越??； 相同相數(shù)時(shí)，拍數(shù)越多，步距角也越??； 步距角越小，步進(jìn)電機(jī)的精度越高。 但是：相數(shù)和拍數(shù)不能太多，否則成本增加。 解決方法：采用多

11、極式步進(jìn)電機(jī) 。課堂小結(jié)：課堂小結(jié)： 執(zhí)行元件分哪幾類(lèi)？各有什么特點(diǎn)？ 控制用電機(jī)分哪幾種？各用于什么伺服系統(tǒng)？ 簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)的工作原理。 步進(jìn)電機(jī)按轉(zhuǎn)子材料不同分哪幾種？ 三相六拍步進(jìn)電機(jī)的通電順序（或脈沖分配方式）是什么？ 什么是步距角？五、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制五、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制 1、 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的組成：主要由兩部分組成：脈沖分配器、功率放大器。二者之間通過(guò)光電隔離接口電路連接成一體。 光隔變頻信號(hào)源環(huán)形分配器功率放大器步進(jìn)電機(jī)計(jì)算機(jī)（1）脈沖分配器）脈沖分配器 作用：作用： 根據(jù)指令把脈沖按一定的邏輯關(guān)系分根據(jù)指令把脈沖按一定的邏輯關(guān)系分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組上，使步進(jìn)電機(jī)配

12、到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組上，使步進(jìn)電機(jī)按一定的運(yùn)行方式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制按一定的運(yùn)行方式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制和定位。和定位。 脈沖分配器的輸出是周期性的、可逆脈沖分配器的輸出是周期性的、可逆的，所以步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配器又稱(chēng)作環(huán)的，所以步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配器又稱(chēng)作環(huán)形分配器。形分配器。 目前實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配的方法有兩種：目前實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配的方法有兩種： a軟環(huán)分軟環(huán)分：用軟件通過(guò)查表的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配，編程方便。 b. 硬環(huán)分硬環(huán)分： 用集成芯片制成的專(zhuān)用環(huán)形分配器實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配，可靠性高。 ch250環(huán)形分配器管腳：環(huán)形分配器管腳： （2）功率放大器）功率放大器 為什么要用功率放大器呢？ 因?yàn)閺拿}沖分配器

13、中輸出的信號(hào)還是屬于弱電信號(hào)，功率非常小，電流只有幾毫安，而步進(jìn)電機(jī)相繞組的電流一般需要幾安到幾十安，所以必須經(jīng)過(guò)功率放大器放大，才能給步進(jìn)電機(jī)相繞組提供足夠的電流。 步進(jìn)電機(jī)有幾相繞組就需要幾組功率放大電路。322）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)1、單電壓驅(qū)動(dòng)、單電壓驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、工作頻率不高電路簡(jiǎn)單、工作頻率不高332）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)2、雙電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、工作頻率高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、工作頻率高342）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)3、恒流斬波、恒流斬波 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、工作頻率高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、工作頻率高35tit i360360即脈沖當(dāng)量：脈沖當(dāng)量：數(shù)控系

14、統(tǒng)發(fā)出一個(gè)指令脈沖，工作臺(tái)所移動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)指令脈沖，工作臺(tái)所移動(dòng)的距離。它決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度和最高工作頻率。的距離。它決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度和最高工作頻率。zzzzk21fv6036七七. 步進(jìn)電機(jī)的主要特性步進(jìn)電機(jī)的主要特性1）步距角和靜態(tài)步距誤差）步距角和靜態(tài)步距誤差)(360mzqm定子相數(shù)；定子相數(shù)；z轉(zhuǎn)子齒數(shù)；轉(zhuǎn)子齒數(shù)；q拍數(shù)與相數(shù)之比拍數(shù)與相數(shù)之比 在一周內(nèi)各步誤差的最大值，被定為在一周內(nèi)各步誤差的最大值，被定為步距誤差步距誤差。它的。它的大小是由制造精度、齒槽的分布和氣隙等因素決定的。靜大小是由制造精度、齒槽的分布和氣隙等因素決定的。靜態(tài)步距誤差一般在態(tài)步距誤差一般

15、在10以內(nèi)。以內(nèi)。2） 輸出轉(zhuǎn)距輸出轉(zhuǎn)距 是指與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各種轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的輸出扭矩。如是指與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各種轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的輸出扭矩。如施加超過(guò)輸出扭矩的負(fù)載扭矩時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就會(huì)停轉(zhuǎn)，施加超過(guò)輸出扭矩的負(fù)載扭矩時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就會(huì)停轉(zhuǎn)，因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載扭矩必須小于輸出轉(zhuǎn)矩。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載扭矩必須小于輸出轉(zhuǎn)矩。37七七. 步進(jìn)電機(jī)的主要特性步進(jìn)電機(jī)的主要特性3）最高啟動(dòng)、停止脈沖頻率）最高啟動(dòng)、停止脈沖頻率 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能接受的正確啟動(dòng)停止的指令脈沖系列的最高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能接受的正確啟動(dòng)停止的指令脈沖系列的最高頻率。它隨著加在電機(jī)軸上的負(fù)載慣量和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小而變化。頻率。它隨著加在

16、電機(jī)軸上的負(fù)載慣量和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小而變化。4）連續(xù)運(yùn)行最高頻率）連續(xù)運(yùn)行最高頻率 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，所能接受的指令脈沖系列的最高頻步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，所能接受的指令脈沖系列的最高頻率。率。5）步進(jìn)運(yùn)行和低頻振蕩）步進(jìn)運(yùn)行和低頻振蕩 當(dāng)控制脈沖的時(shí)間間隔大于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間時(shí)，當(dāng)控制脈沖的時(shí)間間隔大于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間時(shí)，電機(jī)呈步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)。電機(jī)呈步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中存在著振蕩，它有一個(gè)固有頻率，當(dāng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中存在著振蕩，它有一個(gè)固有頻率，當(dāng)控制脈沖頻率等于固有頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生振蕩。脈沖頻率等于固有頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生振蕩。 一一. .直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)

17、直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)直流伺服電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為電磁式和永直流伺服電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為電磁式和永磁式兩種。磁式兩種。 電磁式電磁式的磁場(chǎng)由的磁場(chǎng)由激磁繞組激磁繞組產(chǎn)生；產(chǎn)生； 永磁式永磁式的磁場(chǎng)由的磁場(chǎng)由永磁體永磁體( (永久磁鐵永久磁鐵) )產(chǎn)生。產(chǎn)生。 5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng) 一一. .直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)直流伺服電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)直流伺服電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為電磁式和永直流伺服電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為電磁式和永磁式兩種。磁式兩種。 電磁式電磁式的磁場(chǎng)由的磁場(chǎng)由激磁繞組激磁繞組產(chǎn)生；產(chǎn)生； 永磁式永磁式的磁場(chǎng)由的磁場(chǎng)由永磁體永磁體( (永久磁鐵永久磁鐵) )

18、產(chǎn)生。產(chǎn)生。 電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)是一種目前已普遍使用的電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)是一種目前已普遍使用的伺服電動(dòng)機(jī)，特別是在大功率范圍內(nèi)伺服電動(dòng)機(jī)，特別是在大功率范圍內(nèi)(100w(100w以上以上) )。 永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)由于尺寸小、重量輕、效永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)由于尺寸小、重量輕、效率高、出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需激磁等一系列優(yōu)率高、出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需激磁等一系列優(yōu)點(diǎn)而被越來(lái)越重視。點(diǎn)而被越來(lái)越重視。5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)二、直流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 1 1、穩(wěn)定性好；、穩(wěn)定性好； 2 2、可控性好；、可控性好； 3 3、響應(yīng)迅速；、響應(yīng)

19、迅速； 4 4、控制功率低，損耗?。?、控制功率低，損耗?。?5 5、轉(zhuǎn)矩大；、轉(zhuǎn)矩大；5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)三三. .直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與一般的直流電動(dòng)機(jī)結(jié)直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與一般的直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相似，也是由定子、轉(zhuǎn)子和電刷等部分組成，直構(gòu)相似，也是由定子、轉(zhuǎn)子和電刷等部分組成，直流伺服電動(dòng)機(jī)部件主要由磁極、電樞、電刷及換向流伺服電動(dòng)機(jī)部件主要由磁極、電樞、電刷及換向片組成片組成, ,如圖所示。如圖所示。 5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng) 直流伺服電動(dòng)機(jī)基本結(jié)

20、構(gòu)磁極電樞導(dǎo)體磁極nsna電刷換向片b5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)四四. .直流伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)由于伺服控制系統(tǒng)的速度和位移都有較高的精由于伺服控制系統(tǒng)的速度和位移都有較高的精度要求，因而直流伺服電動(dòng)機(jī)通常以閉環(huán)或半閉環(huán)度要求，因而直流伺服電動(dòng)機(jī)通常以閉環(huán)或半閉環(huán)控制方式應(yīng)用于伺服系統(tǒng)中?？刂品绞綉?yīng)用于伺服系統(tǒng)中。 直流伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制是針對(duì)伺服系統(tǒng)的最直流伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制是針對(duì)伺服系統(tǒng)的最后輸出結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)和修正的伺服控制方法，而半后輸出結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)和修正的伺服控制方法，而半閉環(huán)控制是針對(duì)伺服系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)（如電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制是針對(duì)伺服系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)（如

21、電動(dòng)機(jī)的輸出速度或角位移等）進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的控制方法。輸出速度或角位移等）進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)的控制方法。它們都對(duì)系統(tǒng)輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋，并根據(jù)偏它們都對(duì)系統(tǒng)輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋，并根據(jù)偏差對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。差對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖半閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖工作臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器伺服電動(dòng)機(jī)減速器轉(zhuǎn)角傳感器輸入指令速度傳感器5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖伺服驅(qū)動(dòng)器伺服電動(dòng)機(jī)減速器位移傳感器輸入指令速度傳感器工作臺(tái)5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)

22、傳動(dòng)控制系統(tǒng) 微機(jī)控制的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)微機(jī)控制的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)五五. .直流伺服電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng) 直流伺服電機(jī)為直流供電，為調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速直流伺服電機(jī)為直流供電，為調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向，需要對(duì)其直流電壓的大小和方向進(jìn)行控和方向，需要對(duì)其直流電壓的大小和方向進(jìn)行控制。目前常用晶體管脈寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)和可控硅直流制。目前常用晶體管脈寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)和可控硅直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)兩種方式。調(diào)速驅(qū)動(dòng)兩種方式。 可控硅直流可控硅直流(scr)(scr)驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)方式，主要通過(guò)調(diào)節(jié)，主要通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置控制可控硅的控制角觸發(fā)裝置控制可控硅的控制角( (控制

23、電壓之大小控制電壓之大小) )來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，從而改變整流電壓的大來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，從而改變整流電壓的大小使直流電機(jī)電樞電壓的變化易平滑調(diào)速。小使直流電機(jī)電樞電壓的變化易平滑調(diào)速。5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)單相交流可控硅橋式整流電路單相交流可控硅橋式整流電路(a）整流電路；）整流電路；(b）波形圖）波形圖udoug1, ug4oug2, ug3o t t tudridug2ug1v1v2ug3v3ug4v4au2u1(a)(b)tb5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)usrp1r0r0rbufn-+u+r1idrp2gucud-+

24、uaml圖47 帶 有 轉(zhuǎn) 速 負(fù) 反 饋 的 單 閉 環(huán) 直 流 調(diào) 速 系 統(tǒng) 原 理 圖5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng) 脈寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)脈寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其開(kāi)關(guān)頻率高，其開(kāi)關(guān)頻率高( (通常達(dá)通常達(dá)20002000一一3000hz)3000hz)，伺服機(jī)構(gòu)能夠響應(yīng)的頻帶范圍也較寬，伺服機(jī)構(gòu)能夠響應(yīng)的頻帶范圍也較寬，與可控硅相比其輸出電流脈動(dòng)非常小，接近于純與可控硅相比其輸出電流脈動(dòng)非常小，接近于純直流。直流。 脈沖寬度調(diào)制（脈沖寬度調(diào)制（pwmpwm）直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理如下）直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理如下圖，其中圖，其中u u為導(dǎo)通率，又稱(chēng)占空比或占空系數(shù)。為導(dǎo)通

25、率，又稱(chēng)占空比或占空系數(shù)。01tauudtuutt5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)mdidusu0ut2du1dut只要改變導(dǎo)通時(shí)間就可改變電樞兩端的平均電壓5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng) 直流伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制一般采用脈沖調(diào)制法直流伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制一般采用脈沖調(diào)制法（pwm）比較器伺服電動(dòng)機(jī)功率放大器三角波發(fā)生器utnului+utusuppwm功率放大器開(kāi)關(guān)功率放大器電壓脈寬變換器pwm功率驅(qū)動(dòng)接口組成框圖功率驅(qū)動(dòng)接口組成框圖5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)ul0tuttui+uttus(up)tul0t

26、us(up)tus(up)tui+uttui+uttul0tuttutttutpppwm脈寬調(diào)制波形脈寬調(diào)制波形（a）（b）(c)5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)（1 1）在圖）在圖4-14a4-14a中，控制信號(hào)中，控制信號(hào)ui=0ui=0，utut與與uiui相加后，仍然是相加后，仍然是一個(gè)正負(fù)幅度相等的三角波，通過(guò)比較器之后，輸出正負(fù)幅一個(gè)正負(fù)幅度相等的三角波，通過(guò)比較器之后，輸出正負(fù)幅度相同度相同. .寬度相同的矩形波寬度相同的矩形波usus，經(jīng)功率放大器后其直流分量，經(jīng)功率放大器后其直流分量為零，電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，只是在交流分量的作用下在停止位置為零，電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)

27、動(dòng)，只是在交流分量的作用下在停止位置處微振，這種振動(dòng)對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)有利，可以克服直流伺處微振，這種振動(dòng)對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)有利，可以克服直流伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)的靜摩擦。服電動(dòng)機(jī)時(shí)的靜摩擦。（2 2）在圖）在圖4-14b4-14b中中, ,控制信號(hào)控制信號(hào)ui0,ui0,這時(shí)這時(shí)utut與與uiui相加后形成一相加后形成一個(gè)不對(duì)稱(chēng)的三角波，它的正波幅度和寬度增大，負(fù)波幅度和個(gè)不對(duì)稱(chēng)的三角波，它的正波幅度和寬度增大，負(fù)波幅度和寬度減小，通過(guò)比較器后，輸出正脈沖寬寬度減小，通過(guò)比較器后，輸出正脈沖寬. .負(fù)脈沖窄的矩形負(fù)脈沖窄的矩形波。由于此時(shí)輸出電壓的平均值（直流分量）為正，因此電波。由于此時(shí)輸出電壓的平

28、均值（直流分量）為正，因此電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。而且動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。而且uiui越大，輸出信號(hào)越大，輸出信號(hào)usus的正脈沖寬度越寬，在的正脈沖寬度越寬，在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的直流分量越大，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的速度也越快。電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的直流分量越大，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的速度也越快。5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)（3）在圖）在圖4-14c中中,控制信號(hào)控制信號(hào)ui0，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，ui00時(shí)，時(shí)，u us s的正脈寬大于負(fù)脈寬，直流分量大于零，的正脈寬大于負(fù)脈寬，直流分量大于零，v v1 1和和v v4 4的導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)于的導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)于v v2 2和和v v3 3的導(dǎo)通時(shí)間，流過(guò)繞組中的電的導(dǎo)通時(shí)

29、間，流過(guò)繞組中的電流平均值大于零，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，且隨著流平均值大于零，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，且隨著u u1 1增加，轉(zhuǎn)速增加。增加，轉(zhuǎn)速增加。（3 3）當(dāng)）當(dāng)u uabab00時(shí)，時(shí)，u us s的直流分量小于零，電樞繞組中的電流的直流分量小于零，電樞繞組中的電流平均值也小于零，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，且反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速隨著平均值也小于零，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，且反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速隨著u u1 1減小而減小而增加。增加。 5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)（4）當(dāng)）當(dāng)v1和和v4或或v2和和v3始終導(dǎo)通時(shí)，電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速始終導(dǎo)通時(shí)，電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速下正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。下正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)

30、機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)作業(yè)作業(yè)簡(jiǎn)述簡(jiǎn)述pwmpwm的工作原理的工作原理? ?5.3直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)沒(méi)有直流伺服電動(dòng)機(jī)所述的交流伺服電動(dòng)機(jī)沒(méi)有直流伺服電動(dòng)機(jī)所述的缺點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)子慣量比直流伺服電動(dòng)機(jī)小，使其缺點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)子慣量比直流伺服電動(dòng)機(jī)小，使其動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。在同樣體積下，交流伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。在同樣體積下，交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率可比直流伺服電動(dòng)機(jī)提高輸出功率可比直流伺服電

31、動(dòng)機(jī)提高1020。交流伺服電動(dòng)機(jī)的容量可以做得比直流伺服電動(dòng)交流伺服電動(dòng)機(jī)的容量可以做得比直流伺服電動(dòng)機(jī)大達(dá)到更高的電壓轉(zhuǎn)速。從機(jī)大達(dá)到更高的電壓轉(zhuǎn)速。從80年代后期開(kāi)始，年代后期開(kāi)始，交流伺服電動(dòng)機(jī)逐漸替代直流伺服電動(dòng)機(jī)占據(jù)主交流伺服電動(dòng)機(jī)逐漸替代直流伺服電動(dòng)機(jī)占據(jù)主要位置。要位置。一一. .交流伺服電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)交流伺服電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)1 1、同步型（同步型（smsm）：采用永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的同步電動(dòng)機(jī)，：采用永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的同步電動(dòng)機(jī)，又稱(chēng)無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。又稱(chēng)無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。 特點(diǎn)特點(diǎn)：無(wú)接觸換向部件：無(wú)接觸換向部件 需要磁極位置檢測(cè)器（如編碼器）需要磁極位置檢測(cè)器（如編碼器） 具有直流伺服

32、電動(dòng)機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)一一. .交流伺服電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)交流伺服電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)1 1、同步型（同步型（smsm）：5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)一一. .交流伺服電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)交流伺服電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)2 2、感應(yīng)型（感應(yīng)型（imim）：籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 特點(diǎn)特點(diǎn)：對(duì)定子電流的激勵(lì)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制。：對(duì)定子電流的激勵(lì)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制。具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)二、交流伺服電動(dòng)

33、機(jī)的調(diào)速二、交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速方程為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速方程為式中式中, ,n n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；s s為轉(zhuǎn)差率。為轉(zhuǎn)差率。變頻調(diào)速變頻調(diào)速間接變換方式間接變換方式 （交直交變頻）（交直交變頻） spwmspwm變頻調(diào)速變頻調(diào)速 直接變換方式（交交變頻）直接變換方式（交交變頻）)1 ()1 (6011snspfn5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng) 交交直直交變頻電路結(jié)構(gòu)圖交變頻電路結(jié)構(gòu)圖負(fù)載整流逆變5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng) 交交直直交變頻電路結(jié)構(gòu)圖交變頻電路結(jié)構(gòu)圖v0r0m35.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系

34、統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)三、三、spwmspwm變頻調(diào)速變頻調(diào)速1 1、 spwmspwm波形原理波形原理在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說(shuō)的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本說(shuō)的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。下面來(lái)分析一下如何用一系列等幅而不等寬相同。下面來(lái)分析一下如何用一系列等幅而不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦波。的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦波。把圖把圖5

35、-40(a)5-40(a)所示的正弦半波波形分成所示的正弦半波波形分成n n等份，就可等份，就可把正弦半波看成由把正弦半波看成由n n個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。形。5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)這些脈沖寬度相等，都等于這些脈沖寬度相等，都等于n n，但幅值，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦

36、等分序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（沖量）相等，就得到圖積（沖量）相等，就得到圖5-40(b)5-40(b)所示的脈所示的脈沖序列，這就是沖序列，這就是pwmpwm波形。波形。5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)圖5-40正弦波pwm原理示意圖(a)正弦半波；(b)pwm波形ttuuoo(a)(b)5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)2 2 單相單相spwmspwm控制原理控制原理圖圖5-415-41是采用電力晶體管作為開(kāi)關(guān)器件的是采用電力晶體管作為開(kāi)關(guān)器

37、件的電壓型單相橋式逆變電路電壓型單相橋式逆變電路 ?？刂瓶刂苬 v4 4或或v v3 3通斷的方法如圖通斷的方法如圖5-425-42所示所示。 5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)圖圖5-41 單相橋式單相橋式pwm逆變電路逆變電路調(diào)制電路信號(hào)波載波urucudv1v2vd1vd2rluovd3vd4v3v45.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)圖圖5-42 單極性單極性spwm控制方式原理控制方式原理uucurttuofuouoooud5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)圖圖5-415-41所示的單相橋式逆變電路采用雙極性

38、所示的單相橋式逆變電路采用雙極性控制方式時(shí)的波形如圖控制方式時(shí)的波形如圖5-435-43所示。所示。 5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)圖圖5-43 5-43 雙極性雙極性pwmpwm控制方式原理控制方式原理ucuruttuoudoouduofuo5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)四、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速功率接口四、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速功率接口 變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，而且有的變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，而且有的變頻調(diào)速系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)態(tài)性能的指標(biāo)上已超過(guò)直變頻調(diào)速系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)態(tài)性能的指標(biāo)上已超過(guò)直流調(diào)速。因此在、機(jī)電

39、一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可優(yōu)先選用交流調(diào)速。因此在、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可優(yōu)先選用交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方案。流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方案。（1）變頻器的分類(lèi)）變頻器的分類(lèi)交-直-交變頻器電壓型電流型交-交變頻按控制方式脈沖寬度調(diào)制型（pwm）脈沖幅度調(diào)制型（pam）矢量控制型5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)按變頻方式（2）變頻器選擇）變頻器選擇 電動(dòng)機(jī)的容量及負(fù)載特性是變頻器選擇的基本依據(jù)。電動(dòng)機(jī)的容量及負(fù)載特性是變頻器選擇的基本依據(jù)。在選擇變頻器前，首先要分析控制對(duì)象的負(fù)載特性并選擇在選擇變頻器前，首先要分析控制對(duì)象的負(fù)載特性并選擇電動(dòng)機(jī)容量，根據(jù)用途選擇合適的變頻器類(lèi)型，然后再進(jìn)

40、電動(dòng)機(jī)容量，根據(jù)用途選擇合適的變頻器類(lèi)型，然后再進(jìn)一步確定變頻器的容量。一步確定變頻器的容量。 (3) (3) 變頻器的使用方法變頻器的使用方法 在人工控制系統(tǒng)中，只要在控制回路接線端上接上相在人工控制系統(tǒng)中，只要在控制回路接線端上接上相應(yīng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，則應(yīng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，則有三種方法：有三種方法：5.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)第一種使用繼電器開(kāi)關(guān)電路，繼電器開(kāi)關(guān)受上位控制器的控第一種使用繼電器開(kāi)關(guān)電路，繼電器開(kāi)關(guān)受上位控制器的控制，這種方法適用于簡(jiǎn)單的恒速控制，其控制電路如圖制，這種方法適用于簡(jiǎn)單的恒速控制，其控制電路如圖所示。所示。第二種方法是模擬控制方法，上位機(jī)模擬通道與控制回路的第二種方法是模擬控制方法，上位機(jī)模擬通道與控制回路的電壓頻率設(shè)定端子或電流頻率設(shè)定端子相連其控制電路如圖電壓頻率設(shè)定端子或電流頻率設(shè)定端子相連其控制電路如圖b所示；所示；第三種方法是采用變頻器數(shù)字接口板，接口板是變頻器的第三種方法是采用變頻器數(shù)字接口板，接口板是變頻器的 選選件，將它接入變頻器后，變頻器就可以