伺服电机.doc

伺服电机介绍：什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？ 答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降， 请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？ 答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。 永磁交流伺服电动机 20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： 无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 定子绕组散热比较方便。 惯量小，易于提高系统的快速性。 适应于高速大力矩工作状态。 同功率下有较小的体积和重量。二、电路：伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机精确定位的目的。标准的伺服电机有三条控制线，分别为：电源、地线及控制。电源线与地线用于提供内部的电机及控制线路所需的能源，电压通常介于4v6v之间，该电源应尽可能与处理系统的电源隔离（因为伺服电机会产生噪音）。甚至小伺服电机在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合理。输入一个周期性的正向脉冲信号，这个周期性脉冲信号的高电平时间通常在1ms2ms之间，而低电平时间应在5ms到20ms之间。二、原理：（一）自控框图（二）原理1、 分压原理串联分压的原理： 在串联电路中，各电阻上的电流相等，各电阻两端的电压之和等于电路总电压。可知每个电阻上的电压小于电路总电压，故串联电阻分压。 并联分流的原理： 在并联电路中，各电阻两端的电压相等，各电阻上的电流之和等于总电流（干路电流）。可知每个电阻上的电流小于总电流（干路电流），故并联电阻分流。串联电路电流相等 u1/u2=r1/r2(分压) 并联电路电压相等 i1/i2=r1/r2(分流)i=u2/r1+r2=-15/r1+1103i=u0/r2=10v/1k=0.110-3-15/r1+1103=1-10/1k-151k=-10(r1+1k)151k/10=-(r1+1k) +1.5k =r1+1k r1 =1.5-1k=0.5k2、加法器加法运算又叫求和运算，通常有反相加法电路和同相加法电路。下面以反相加法电路为例分析其运算规律。在集成运放的反相输入端，增加多个输入信号即成为如图所示的反相加法电路。图中的输入信号为ui1、ui2、ui3，各相应之路的电阻为r1、r2和r3。反馈信号通过反馈信号通过反馈电阻rf加到反相输入端，同相输入端通过平衡电阻r接地，且r=r1/r2/r3/rf。根据“虚断”概念，ii=0，因此有if=i1+i2+i3。同样输入端经过r接地，n为“虚地”点，所以i1=ui1/r1，i2=ui2/r2,i3=ui3/r3,if=(un-uo)/rf。因此 0-uo/rf=ui1/r1+ui2/r2+ui3/r3 经整理得 uo =-rf（ui1/r1+ui2/r2+ui3/r3）如果使r1=r2=r3=r,则 uo =-rf/r（ui1+ui2+ui3）从上式可见，输出电压uo正比于各输入电压之和，且相位相反，所以该电路又叫反向相加法比例运算电路。如果取rf=r，则 uo =-（ui1+ui2+ui3）上式说明，输入电压等于各输入电压之和，由此完成了信号的加法运算。式中的负号表明输出电压与输入电压相位相反。如果后面再加一级反相器，则负号可以去掉3、功率放大器功放(功率放大器)的原理就是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。 因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的倍，是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。 而场效应管则是用栅极电压来控制源极与漏极的电流，其控制作用用跨导表示，即栅极变化一毫伏，源极电流变化一安，就称跨导为1，功率放大器就是利用这些作用来实现小信号控制大信号，从而使多级放大器实现了大功率的输出，并非真的将功率放大了！功率放大器的技术要求1. 具有足够大的输出功率为了得到足够大的输出功率，应使功率放大管的集电极电流和电压变化的幅度尽可能大，这样才能使它们的乘积最大，输出的功率最大。2. 效率要高由于功率放大器的输出功率大，所以直流电源消耗的功率也大。功率放大器效率为： =放大器输出的交流功率/电源提供的支流功率=po/pgb3. 非线性失真要小功率放大器为了输出足够大的功率，就要使电流和电压信号尽可能大，这会超出三极管特性曲线的线性范围，而产生非线性失真。这时只有从电路的结构上采取一些措施4. 功放管的散热问题在功率放大器中，由于功放管的集电极电流和电压的变化幅度大，输出的交流功率大，同时功率管的耗散功率也大，使功放管的结温升高。因此要利用散热装置来提高功放管集电极的允许最大耗散功率pcm，从而提高功率放大器的输出功率。4、电桥平衡就是为了消除实验仪器造成的系统误差而采用的一种测量方法，基本原理就是把两个电流联起来（桥），如果它们电势相等中间就没有电流（可用毫安表准确测量桥路电流）。这样可以用替代的方法准确算出电压来。当结点间的 电势相同时 这时电桥处于平衡利用他可以用已知的电阻精确测量其他未知电阻。 u0ufu=（ur-uf） |u0 uk|因为这是一个纯试验电路所以不需要加高电压，在实际生产中应该加入高电压(三)调试（四）解决的问题加上装配图、接线图两页三、附录二极管 二极管的特性与应用几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 二极管的工作原理 晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流i0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。 二极管的导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 1. 正向特性。 在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2v，硅管约为0.6v）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3v，硅管约为0.7v），称为二极管的“正向压降”。 2. 反向特性。 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。运算放大器 运算放大器（常简称为“运放”），是广泛应用的、具有超高放大倍数的电路单元。可以由分立的器件组成，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。原理 一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。 运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出可在零电压两侧变化，在差动输入电压为零时输出也可置零。采用单电源供电的运放，输出在电源与地之间的某一范围变化。 运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。 运放的输出电位通常只能在高于负电源某一数值，而低于正电源某一数值之间变化。经过特殊设计的运放可以允许输出电位在从负电源到正电源的整个区间变化。这种运放成为轨到轨（rail-to-rail）输出运算放大器。 运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比，在音频段有：输出电压=a0（e1-e2），其中，a0 是运放的低频开环增益（如 100db，即 100000 倍），e1 是同相端的输入信号电压，e2 是反相端的输入信号电压。 应用运算放大器是用途广泛的器件，接入适当的反馈网络，可用作精密的交流和直流放大器、有源滤波器、振荡器及电压比较器。 电位器电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。电容的符号是c。在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是f。一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法。很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元器件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。由于电容器的类型和结构种类比较多，因此，使用者不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性，而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点、机械或环境的限制条件等。本文介绍电容器的主要参数及应用，可供读者选择电容器种类时用。电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。 它大多是用作分压器，这是电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节 电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压传感器一、传感器的定义国家标准gb7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。二、传感器的静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。三、传感器的动态特性所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，