第一章直流伺服电机

1、2本章教学本章教学: :p掌握直流伺服电机结构、分类和作用等概念；掌握直流伺服电机结构、分类和作用等概念；p理解直流伺服电机理解直流伺服电机工工作原理；作原理；p掌握掌握直流伺服电机的静态特性；直流伺服电机的静态特性；p了解直流伺服电机的动态特性（关注机电时间常数了解直流伺服电机的动态特性（关注机电时间常数的作用）；的作用）；p理解无刷直流电动机与普通直流伺服电机的区别。理解无刷直流电动机与普通直流伺服电机的区别。3 第一节第一节 直流伺服电机工作原理直流伺服电机工作原理 第二节第二节 直流伺服电机的结构直流伺服电机的结构 第三节第三节 直流伺服电机的特性直流伺服电机的特性 第四节第四节 直流

2、伺服电机控制直流伺服电机控制本章重点：直流伺服电机工作原理本章重点：直流伺服电机工作原理和静态特性；和静态特性；本章难点：直流伺服电机本章难点：直流伺服电机的动态特性。的动态特性。本章教学本章教学: :45n加于直流电机的直流电源，借助于换向器和电刷加于直流电机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使直流电机电枢线圈流过的电流，方向的作用，使直流电机电枢线圈流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保直流电机朝确定的方向连续旋转。定不变，确保直流电机朝确定的方向连续旋转。n定子：磁场定子：磁场永磁体永磁体n转子：电枢绕组转子：

3、电枢绕组n换向：换向器与碳刷换向：换向器与碳刷678910111 1）气隙磁场发生扭斜，气隙合成磁场的物理中性面将逆）气隙磁场发生扭斜，气隙合成磁场的物理中性面将逆着电动机旋转方向转过一个角度，物理中性面与几何中性着电动机旋转方向转过一个角度，物理中性面与几何中性面不再重合。面不再重合。2 2）半个极下磁通的增加值，将小于另半个极下磁通的减）半个极下磁通的增加值，将小于另半个极下磁通的减小值，总的气隙磁通将有所减小，这就是电枢磁场的去磁小值，总的气隙磁通将有所减小，这就是电枢磁场的去磁作用。作用。12131 1）将直流电动机的电刷从几何中性面开始，将直流电动机的电刷从几何中性面开始，逆着电枢旋

4、转方向移动电刷，使换向火花最小为止，移动逆着电枢旋转方向移动电刷，使换向火花最小为止，移动的角度大于物理中性面的偏移角。的角度大于物理中性面的偏移角。2 2）。在几何中性面处设置附加的换向磁。在几何中性面处设置附加的换向磁极，它的激磁绕组与电枢绕组串联，换向极的磁场方向必极，它的激磁绕组与电枢绕组串联，换向极的磁场方向必须与电枢磁场的方向相反。须与电枢磁场的方向相反。3 3）。14传统直流伺服电机和直流电机工作原理、结构和基本传统直流伺服电机和直流电机工作原理、结构和基本特征没有原则区别，但是在结构和性能上做了一些改特征没有原则区别，但是在结构和性能上做了一些改进，具有如下特点：进，具有如下特

5、点：1 1、采用细长的电枢以便降低转动惯量，其惯量大约是普通直、采用细长的电枢以便降低转动惯量，其惯量大约是普通直流电动机的流电动机的1/31/31/21/2。2 2、具有优良的换向性能，在大的峰值电流冲击之下仍能确保、具有优良的换向性能，在大的峰值电流冲击之下仍能确保良好的换向条件，因此具有大的瞬时电流和瞬时转矩。良好的换向条件，因此具有大的瞬时电流和瞬时转矩。3 3、机械强度高，能够承受住巨大的加速度造成的冲击力作用。、机械强度高，能够承受住巨大的加速度造成的冲击力作用。4 4、电刷一般都安放在几何中型面上，以确保正反转特性对称。、电刷一般都安放在几何中型面上，以确保正反转特性对称。151

6、617 无槽电枢无槽电枢盘式电枢盘式电枢空心杯电枢空心杯电枢1819emtataICTKIaeenCEK0emLdJdtTTT20375LGdndtDTT20aaaaaadtdiUiLREaaaaUIRE0emLTTT212aematetnUTRCCC1）机械特性：）机械特性：Ua一定时，一定时，n=f (Tem )222.调节特性：调节特性：Tem一定时，一定时，n=f (Ua )2324)()()()()()()()(260)()()(tEtIRdttdILtUtTdttdJtTtCtEtICtTaaaaaacemeaatem25经拉氏变换整理得：经拉氏变换整理得：)(260)()()(1

7、)()()()()(1)(sCsEsEsURsLsIsICsTsTsTJsseaaaaaaatemcem26按以上各式可建立动态方框图：按以上各式可建立动态方框图：sLRaa1tCJs1260eC)(sUa)(sEa)(sIa)(sTem)(sTe)(sT)(s-27= 当当Te=0时，传递函数为：时，传递函数为：为电动机电磁时间常数为电动机电磁时间常数,111)60(2)()(22ssKssCsUsmemememe式中，式中， 为电动机机电时间常数为电动机机电时间常数meJtgTJnCCJRsteam60260260202aaeRL28同理可得：同理可得：若若 ，可写成：，可写成：em10) 1)(1(1) 1)(1()60(2)()(ssKssCsUsemeeme当当 很小，很小， 远远超过了控制系统通频带时，直流电动远远超过了控制系统通频带时，直流电动机的传递函数可以简化为：机的传递函数可以简化为：ee1111)60(2)()(sKsCsUsmeme) 1(1) 1()60(2)()(ssKssCsUsmeme29m（1 1）负载转动惯量的影响：）负载转动惯量的影响： J=JJ=Jm m+J+JL L J JL L负载折算转动惯量负载折算转动惯量（2 2）电枢回路