步进、伺服编码器教程合集直流伺服电机

1、任课教师：20102011学年第二学期34本章教学:一、教学要求：掌握直流伺服电机结构、分类和作用等概念；理解直流伺服电机工作原理；掌握直流伺服电机的静态特性；了解直流伺服电机的动态特性（关注机电时间常数的作用）；理解无刷直流电与普通直流伺服电机的区别。6本章教学:二、教学时间安排：4学时三、主要内容：第一节 直流伺服电机工作原理第二节 直流伺服电机的结构第三节 直流伺服电机的特性第四节 直流伺服电机控制 第五节 无刷直流电本章重点：直流伺服电机工作原理和静态特性；本章难点：直流伺服电机的动态特性。四、教学过程：7直流伺服电机工作原理基本原理8第一节 1、直流伺服电直流伺服电机工作原理基本原理

2、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。定子：磁场永磁体转子：电枢绕组换向：换向器与碳刷9第一节 1、直流伺服电图形符号11直流伺服电机工作原理基本原理定子结构12第一节 1、直流伺服电直流伺服电机工作原理基本原理转子结构13第一节 1、直流伺服电直流伺服电机工作原理基本原理换向装置14第一节 1、直流伺服电直流伺服电机工作原理基本原理第一节 1、直流伺服电鼓形绕组16直流伺服电机工作原理磁场、电枢反应与换向直流电磁场分析：18第一节 2、直流伺服电直流伺服电机工作原

3、理磁场、电枢反应与换向电枢反应的两个重要影响：1）气隙磁场发生扭斜，气隙磁场的物理中性面将逆着电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。磁路饱和、换向2）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作用。影响不大，但是降低电机的工作效率。19第一节 2、直流伺服电直流伺服电机工作原理磁场、电枢反应与换向20第一节 2、直流伺服电直流伺服电机工作原理磁场、电枢反应与换向减小和消除换向火花的方法：1）移动电刷法。将直流电的电刷从几何中性面开始，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。附加换向磁

4、极法。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须与电枢磁场的方向相反。选用合适电刷法。21第一节 2、直流伺服电直流伺服电机工作原理转矩方向与电流方向的关系转矩方向与电流方向的关系：为确保直流电朝确定的方向连续旋转，通过线圈的电流方向是交替变化的。22第一节 3、直流伺服电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进，具有如下特点：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流电的1/31/2。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良好的换向条件，因此具有大的瞬时电流和瞬时转矩。

5、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。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。23第二节 直流伺服电机的结构24第二节 直流伺服电机的结构25第二节 直流伺服电机的结构低惯量直流伺服电机无槽电枢盘式电枢空心杯电枢26第二节 直流伺服电机的结构宽调速直流伺服电机27第二节 直流伺服电机的结构第三节 直流伺服电机的特性转矩：电势：转矩平衡方程式：28dT emT 0T L Jdt2TT GDdn0L375dtEaCenKeT emCI a第三节 直流伺服电机的特性电势动态平衡方程式:电势稳态平衡方程式:转矩稳态平衡方程式:29T emT 0T LU aI aRaE

6、aULdiaiREaadtaaa第三节 直流伺服电机的特性机械(调节)特性方程式 :1）机械特性：Ua一定时， n=f (Tem )转速与转矩的关系30n U a T emRaC tC eC t21、直流伺服电机的静态特性:电枢控制第三节 直流伺服电机的特性2.调节特性：Tem一定时，n=f (Ua )转速与控制量（如电压）的关系311、直流伺服电机的静态特性:电枢控制第三节 直流伺服电机的特性321、直流伺服电机的静态特性:电枢控制第三节 直流伺服电机的特性Tem (t) CtIa (t)E (t) 60 C (t)a2eT(t) J d(t) T (t)emcdtdI(t)U (t) LR

7、 I(t) Ea(t)aaaaadt332、直流伺服电机的动态特性第三节 直流伺服电机的特性变换整理得：1( s ) ( T (em s )T (s)cJs) T(emsCt(I) sa1s) ( UI(s)E(s)aaas LaRa) 60C(E(s)s2ae342、直流伺服电机的动态特性第三节 直流伺服电机的特性按以上各式可建立动态方框图：Te (s)T (s)-(s)Ua (s)Ia (s)Tem (s)-Ea (s)3560Ce2Ct1Js1Ra Las2、直流伺服电机的动态特性第三节 直流伺服电机的特性当Te=0时，传递函数为：(6C0 e( s )2)1 KeU ( s)s s 1

8、2s 12smemmem=式中， m 为电机电时间常数2R2602JJn0Jtgam26C0CT60ets e电磁时间常数,为电eLRaa362、直流伺服电机的动态特性第三节 直流伺服电机的特性若 m10 e，可写成：( s )2(ms16C0 e)( e s () 11 KeU ( ( s)ms1s )(1)e当e很小，1远远超过了控制系统通频带时，直流电动e机的传递函数可以简化为：( s2)(6C0 e1) Ke ms 1 ms 1U (s)( s2)(6C0 e) 1 Ke同理：(s ms1) (s ms1U (s)372、直流伺服电机的动态特性第三节 直流伺服电机的特性影响 m 的主要：（1）负载转动惯量的影响：J=Jm+JLJL负载折算转动惯量（2）电枢回路电阻的影响：Ra=Ra+RiRi电源（放大器）内阻（3）机械特性硬度的影响：n/T机械特性的斜率382、直流伺服电机的动态特性第四节 直流伺服电机控制电枢控制，输入量是电枢