直流伺服電機(jī)的基本特性

1、直流伺服電機(jī)的基本特性網(wǎng)絡(luò)2010-08-01 01:50:12網(wǎng)絡(luò)1、機(jī)械特性在輸入的電樞電壓Ua保持不變時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨電磁轉(zhuǎn)矩M變化而變化的規(guī)律，稱直流電機(jī)的機(jī)械特性。直流電機(jī)的機(jī)械特性曲線K值大表示電磁轉(zhuǎn)矩的變化引起電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化大，這種情況稱直流電機(jī)的機(jī)械特性軟；反之，斜率K值小，電機(jī)的機(jī)械特性硬。在直流伺服系統(tǒng)中，總是希望電機(jī)的機(jī)械特性硬一些，這樣，當(dāng)帶動(dòng)的負(fù)載變化時(shí)，引起的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化小，有利于提高重流電機(jī)的速度穩(wěn)定性和工件的加工精度。 功耗增大。2、調(diào)節(jié)特性直流電機(jī)在一定的電磁轉(zhuǎn)矩M（或負(fù)載轉(zhuǎn)矩）下電機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n隨電樞的控制電壓Ua變化而變化的規(guī)律，被稱為直流電機(jī)的調(diào)節(jié)特性

2、。直流電機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線斜率K反映了電機(jī)轉(zhuǎn)速n隨控制電壓Ua的變化而變化快慢的關(guān)系，其值大小與負(fù)載大小無關(guān)，僅取決于電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)。 3、動(dòng)態(tài)特性從原來的穩(wěn)定狀態(tài)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，存在一個(gè)過渡過程，這就是直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。 決定時(shí)間常數(shù)的主要因素有：慣性J的影響、電樞回路電阻Ra的影響、機(jī)械特性硬度的影響。直流伺服電機(jī)的種類和主要技術(shù)參數(shù)1、按轉(zhuǎn)動(dòng)部分慣性大小來分： 小慣量直流電機(jī)印刷電路板的自動(dòng)鉆孔機(jī) 中慣量直流電機(jī)（寬調(diào)速直流電機(jī)）數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng) 大慣量直流電機(jī)數(shù)控機(jī)床的主軸電機(jī) 特種形式的低慣量直流電機(jī)2、主要技術(shù)參數(shù)：額定功率Pe 額定電壓Ue 額定電流Ie 額定轉(zhuǎn)速ne

3、 額定轉(zhuǎn)矩MIe 調(diào)速比D直流伺服電機(jī)的選擇，是根據(jù)被驅(qū)動(dòng)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和控制要求來確定。直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)和速度控制原理直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1、直流電機(jī)的輸出電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為：2、控制直流伺服電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和速度的方法有兩種： 改變電樞電壓Ua即改變電樞電流Ia的方法； 改變勵(lì)磁電流If即改變磁通的方法。3、常用調(diào)節(jié)電樞電壓的方法優(yōu)點(diǎn)：一元函數(shù)，線性較好，控制方便；響應(yīng)速度快；輸出轉(zhuǎn)矩大。直流伺服電機(jī)的速度控制1、直流伺服電機(jī)速度控制技術(shù)指標(biāo)（1）調(diào)速范圍D電機(jī)在額定負(fù)載下 （2）靜差度S 指電機(jī)由理想空載增加到額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落ne與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比 （3）調(diào)速的平滑性Q用兩

4、個(gè)相近轉(zhuǎn)速之比表示 Q值越接近1，表示調(diào)速平滑性越好。2、直流伺服電機(jī)調(diào)速對控制信號進(jìn)行功率放大（1）線性型優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，成本低，加速能力強(qiáng)；缺點(diǎn)：發(fā)熱厲害，耗損大。適用于小功率低慣量直流電機(jī)。（2）開關(guān)型 對直流電機(jī)采用脈沖方式供電，PWM優(yōu)點(diǎn)：功率損耗小，運(yùn)行效率高，加減速性能好，尤其是在要求低速大轉(zhuǎn)矩下連續(xù)運(yùn)行的場合。已普遍用于中小慣量的直流電機(jī)調(diào)速。 （3）晶閘管型（可控硅型） 對直流電機(jī)采用脈沖方式供電 ，PWM優(yōu)點(diǎn)：輸出功率大，電流大。適用于大功率大慣量的直流電機(jī)調(diào)速。 （4）雙向式PWM調(diào)速雙向式PWM調(diào)速主電路電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向處決于t1的大小。雙向式PWM調(diào)速電壓、電

5、流波形圖優(yōu)點(diǎn)：電樞電流穩(wěn)定連續(xù)，外特性硬度高，死區(qū)很小，低速性能好，調(diào)速范圍寬；缺點(diǎn)：工作過程中4個(gè)功率三極管都處于開關(guān)狀態(tài)，故開關(guān)損耗大，易發(fā)生上、下兩管直通，造成電源短路等。 單向式PWM調(diào)速電壓波形圖單向式PWM調(diào)速電樞電壓、電流波形圖3、直流伺服電機(jī)閉環(huán)速度控制系統(tǒng)單環(huán)負(fù)反饋速度控制框圖雙環(huán)負(fù)反饋速度控制系統(tǒng)FANUC公司速度控制單元原理框圖直流伺服電機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)1、直流伺服電機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)組成直流伺服電機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)組成框圖偏差區(qū)域和轉(zhuǎn)速?zèng)Q定2、位置模塊（1）德國西門子公司（SIEMENS）IP246位置伺服模塊該模塊的主要技術(shù)參數(shù)： 輸出電壓：10V 分辨率：0.19

6、9.9um 控制距離：max：40000mm 控制速度：165000mm/min 加速度：19999mm/s2 齒輪間隙補(bǔ)償：max：64.999mm 工具長度補(bǔ)償：max：40000mm操作方式為： 軟件設(shè)置參考點(diǎn)和參考點(diǎn)設(shè)定方法 手動(dòng)操作 自動(dòng)操作 補(bǔ)償和偏移的輸入和刪除 示教模式（2）美國AB公司Creonics位置伺服模塊Creonics位置伺服模塊MCC功能框圖交直流伺服技術(shù)的比較1、直流伺服技術(shù)伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣的過程。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)類型分為直流（DC）伺服系統(tǒng)和交流（AC）伺服系統(tǒng)。50年代，無刷電機(jī)和直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，并在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和機(jī)械設(shè)備

7、上獲得了廣泛的應(yīng)用。70年代則是直流伺服電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛的時(shí)代。 2、交流伺服技術(shù) 從70年代后期到80年代初期，隨著微處理器技術(shù)、大功率高性能半導(dǎo)體功率器件技術(shù)和電機(jī)永磁材料制造工藝的發(fā)展及其性能價(jià)格比的日益提高，交流伺服技術(shù)交流伺服電機(jī)和交流伺服控制系統(tǒng)逐漸成為主導(dǎo)產(chǎn)品。交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)技術(shù)之一，并將逐漸取代直流伺服系統(tǒng)。 交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型來分，主要有兩大類:永磁同步（SM型）電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步（IM型）電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)。其中，永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于完全成熟，具備了十分優(yōu)良的低速性能，并可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控

8、制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動(dòng)的要求。并且隨著永磁材料性能的大幅度提高和價(jià)格的降低，其在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用將越來越廣泛，目前已成為交流伺服系統(tǒng)的主流。感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)由于感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，制造容易，價(jià)格低廉，因而具有很好的發(fā)展前景，代表了將來伺服技術(shù)的方向。但由于該系統(tǒng)采用矢量變換控制，相對永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)來說控制比較復(fù)雜，而且電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)還存在著效率低，發(fā)熱嚴(yán)重等有待克服的技術(shù)問題，目前并未得到普遍應(yīng)用。 系統(tǒng)的執(zhí)行元件一般為普通三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，功率變換器件通常采用智能功率模塊IPM。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，可采用位置和速度

9、閉環(huán)控制。三相交流電流的跟隨控制能有效地提高逆變器的電流響應(yīng)速度，并且能限制暫態(tài)電流，從而有利于IPM的安全工作。速度環(huán)和位置環(huán)可使用單片機(jī)控制，以使控制策略獲得更高的控制性能。電流調(diào)節(jié)器若為比例形式，三個(gè)交流電流環(huán)都用足夠大的比例調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，其比例系數(shù)應(yīng)該在保證系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩的前提下盡量選大些，使被控異步電動(dòng)機(jī)三相交流電流的幅值、相位和頻率緊隨給定值快速變化，從而實(shí)現(xiàn)電壓型逆變器的快速電流控制。電流用比例調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電流跟隨性能好以及限制電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)電流快速可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。 3、交直流伺服技術(shù)的比較 直流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)受電機(jī)本身缺陷的影響，其發(fā)展受到了限制。直流伺服電機(jī)存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，影響了與其連接的其他機(jī)械設(shè)備的精度，難以應(yīng)用到高速及大容量的場合，機(jī)械換向器則成為直流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。 交流伺服電機(jī)克服了直流伺服電機(jī)存在的電刷、換向器等機(jī)械部件所帶來的各種缺點(diǎn)，特別是交流伺