直流伺服电机的基本特性.docx

直流伺服电机的基本特性网络2010-08-0101:50:12网络1、机械特性
在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。

直流电机的机械特性曲线
K值大表示电磁转矩的变化引起电机转速的变化大，这种情况称直流电机的机械特性软；反之，斜率K值小，电机的机械特性硬。在直流伺服系统中，总是希望电机的机械特性硬一些，这样，当带动的负载变化时，引起的电机转速变化小，有利于提高重流电机的速度稳定性和工件的加工精度。功耗增大。
2、调节特性
直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性。

直流电机的调节特性曲线
斜率K反映了电机转速n随控制电压Ua的变化而变化快慢的关系，其值大小与负载大小无关，仅取决于电机本身的结构和技术参数。
3、动态特性
从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性。

决定时间常数的主要因素有：惯性J的影响、电枢回路电阻Ra的影响、机械特性硬度的影响。
直流伺服电机的种类和主要技术参数
1、按转动部分惯性大小来分：
小惯量直流电机——印刷电路板的自动钻孔机
中惯量直流电机（宽调速直流电机）——数控机床的进给系统
大惯量直流电机——数控机床的主轴电机
特种形式的低惯量直流电机
2、主要技术参数：额定功率Pe
额定电压Ue
额定电流Ie
额定转速ne
额定转矩MIe
调速比D
直流伺服电机的选择，是根据被驱动机械的负载转矩、运动规律和控制要求来确定。
直流伺服电机结构和速度控制原理

直流伺服电机结构示意图
1、直流电机的输出电磁转矩表达式为：

2、控制直流伺服电机电磁转矩和速度的方法有两种：
改变电枢电压Ua即改变电枢电流Ia的方法；
改变励磁电流If即改变磁通ф的方法。
3、常用调节电枢电压的方法

优点：一元函数，线性较好，控制方便；响应速度快；输出转矩大。
直流伺服电机的速度控制
1、直流伺服电机速度控制技术指标
（1）调速范围D——电机在额定负载下

（2）静差度S——指电机由理想空载增加到额定负载时的转速降落Δne与理想空载转速n0之比

（3）调速的平滑性Q——用两个相近转速之比表示

Q值越接近1，表示调速平滑性越好。
2、直流伺服电机调速——对控制信号进行功率放大
（1）线性型

优点：电路结构和原理简单，成本低，加速能力强；缺点：发热厉害，耗损大。适用于小功率低惯量直流电机。
（2）开关型
对直流电机采用脉冲方式供电，PWM
优点：功率损耗小，运行效率高，加减速性能好，尤其是在要求低速大转矩下连续运行的场合。已普遍用于中小惯量的直流电机调速。
（3）晶闸管型（可控硅型）
对直流电机采用脉冲方式供电，PWM
优点：输出功率大，电流大。适用于大功率大惯量的直流电机调速。
（4）双向式PWM调速

双向式PWM调速主电路
电机的转动方向处决于t1的大小。

双向式PWM调速电压、电流波形图
优点：电枢电流稳定连续，外特性硬度高，死区很小，低速性能好，调速范围宽；缺点：工作过程中4个功率三极管都处于开关状态，故开关损耗大，易发生上、下两管直通，造成电源短路等。

单向式PWM调速电压波形图

单向式PWM调速电枢电压、电流波形图
3、直流伺服电机闭环速度控制系统

单环负反馈速度控制框图

双环负反馈速度控制系统

FANUC公司速度控制单元原理框图
直流伺服电机位置伺服控制系统
1、直流伺服电机位置伺服控制系统组成

直流伺服电机位置伺服控制系统组成框图

偏差区域和转速决定
2、位置模块
（1）德国西门子公司（SIEMENS）IP246位置伺服模块

该模块的主要技术参数：
输出电压：±10V
分辨率：0.1～99.9um
控制距离：max：±40000mm
控制速度：1～65000mm/min
加速度：1～9999mm/s2
齿轮间隙补偿：max：64.999mm
工具长度补偿：max：±40000mm
操作方式为：
软件设置参考点和参考点设定方法
手动操作
自动操作
补偿和偏移的输入和删除
示教模式
（2）美国AB公司Creonics位置伺服模块

Creonics位置伺服模块MCC功能框图
交直流伺服技术的比较
1、直流伺服技术伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统。50年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用。70年代则是直流伺服电机的应用最为广泛的时代。
2、交流伺服技术
从70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高