伺服系统的稳态设计

伺服系统的稳态设计第一页，共九十七页，2022年，8月28日

2.1设计概述（旧版书：5–1）

2.1.1速度伺服系统通常的技术要求

2.1.2位置伺服系统通常的技术要求

2.1.3设计步骤

2.2负载的分析计算（旧版书：5–2）

2.2.1几种典型负载

2.2.2负载的折算

2.2.3负载的综合计算

2.3执行元件的选择（旧版书：5–3）

2.3.1执行元件概述

2.3.2执行电机的选择

2.4检测装置的选择（旧版书：第二章、5–4）

2.4.1伺服系统的测速与测角

2.4.2检测装置的选择和设计

2.5信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流电路

2.5.3振幅调制线路

2.5.4脉冲宽度调制(PWM)线路

2.6放大装置的设计和选择（旧版书：5–4）

2.6.1功率放大装置概述

2.6.2放大装置的设计与选择

2.7电源设备等装置的设计（旧版书：5–4）第二章伺服系统的稳态设计第二页，共九十七页，2022年，8月28日2.1设计概述

速度控制系统和位置控制系统的共同特点是：通过系统的执行元件直接或经机械传动装置带动被控对象，完成要求的机械运动。因此工程上对它们的技术要求，主要是围绕着机械运动的规律和运动参数的要求。2.1设计概述第三页，共九十七页，2022年，8月28日

2.1设计概述（旧版书：5–1）

2.1.1速度伺服系统通常的技术要求

2.1.2位置伺服系统通常的技术要求

2.1.3设计步骤

2.2负载的分析计算（旧版书：5–2）

2.2.1几种典型负载

2.2.2负载的折算

2.2.3负载的综合计算

2.3执行元件的选择（旧版书：5–3）

2.3.1执行元件概述

2.3.2执行电机的选择

2.4检测装置的选择（旧版书：第二章、5–4）

2.4.1伺服系统的测速与测角

2.4.2检测装置的选择和设计

2.5信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流电路

2.5.3振幅调制线路

2.5.4脉冲宽度调制(PWM)

线路

2.6放大装置的设计和选择（旧版书：5–4）

2.6.1功率放大装置概述

2.6.2放大装置的设计与选择

2.7电源设备等装置的设计（旧版书：5–4）第二章伺服系统的稳态设计第四页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.1速度控制系统通常的技术要求

速度调节要求：可逆性要求：单向调速、可逆调速平滑性要求：有级调速、无级调速连续性要求：调速是连续的还是容许有间歇的。2.1设计概述第五页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.1速度控制系统通常的技术要求

2.

系统输出轴要求：最大转速：nmax(r/min)、Ωmax(rad/s)、Vmax(m/s)最

低

平

稳

转

速：nmin(r/min)、Ωmin(rad/s)、Vmin(m/s)调速范围D：2.1设计概述第六页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.1速度控制系统通常的技术指标要求

3.

系统输出轴上负载力矩变化时，控制精度技术指标：转速降∆n（）：∆n

=

n0

–

n

其

中：n0---控

制

信

号

一

定

的

情

况下

，理想的空载转速

n

---控

制

信

号

一

定

的

情

况

下

，满

载

时

的

转

速静差率δ

：﹪=﹪2.1设计概述第七页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.1速度控制系统通常的技术要求

4.阶

跃

输

入

下

系

统

的

动

态

响

应

特

性

：最

大

超

调

量

%调

节

时

间

ts：偏

差

在

±5﹪

或

±2﹪

范

围振

荡

次

数

N2.1设计概述第八页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.1速度控制系统通常的技术要求

5.负

载

扰

动

下

的

动

态

响

应

特

性

：

阶

跃

扰

动

或

脉

冲

扰

动

下

，最

大

转

速

降

△nmax(或△max或△Vmax)调

整

时

间

tsf

2.1设计概述第九页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.1速度控制系统通常的技术要求

6.其它要求：工

作

制

的

要

求

：长

期

连

续

运

行

制

、间

歇

运

行

制

、短

时

运

行

制

。系

统

可

靠

性

要

求

：通

常

用

连

续

运

行

无

故

障

时

间

来

衡

量

。使

用

寿

命使

用

环

境

条

件

：环

境

温

度

、湿

度、振

动、抗

冲

击

、防

水、防

化、防

辐

射、电

源

条

件

的

限

制经

济

性

要

求

：生

产

成

本

、标

准

化

程

度结

构

型

式

要

求

：体

积

、质

量

、安

装

特

点

等2.1设计概述第十页，共九十七页，2022年，8月28日

2.1设计概述（旧版书：5–1）

2.1.1速度伺服系统通常的技术要求

2.1.2位置伺服系统通常的技术要求

2.1.3设计步骤

2.2负载的分析计算（旧版书：5–2）

2.2.1几种典型负载

2.2.2负载的折算

2.2.3负载的综合计算

2.3执行元件的选择（旧版书：5–3）

2.3.1执行元件概述

2.3.2执行电机的选择

2.4检测装置的选择（旧版书：第二章、5–4）

2.4.1伺服系统的测速与测角

2.4.2检测装置的选择和设计

2.5信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流电路

2.5.3振幅调制线路

2.5.4脉冲宽度调制(PWM)

线路

2.6放大装置的设计和选择（旧版书：5–4）

2.6.1功率放大装置概述

2.6.2放大装置的设计与选择

2.7电源设备等装置的设计（旧版书：5–4）第二章伺服系统的稳态设计第十一页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.2位置控制系统通常的技术要求

速

度

调

节

要

求

：平滑性要求：有级调速、无级调速可逆性要求：单向调速、可逆调速连续性要求：调速是连续的还是容许有间歇的。2.1设计概述第十二页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.2位置控制系统通常的技术要求

2.

系

统

输

出

轴

要

求

：最大转速：nmax(r/min)、Ωmax(rad/s)、Vmax(m/s)最

低

平

稳

转

速：nmin(r/min)、Ωmin(rad/s)、Vmin(m/s)调速范围D：2.1设计概述第十三页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.2位置伺服系统通常的技术要求

3.

系

统

静

误

差

es

(

系

统

静

差)

随动系统通常设计成无静差系统，当系统静止协调时，没有位置误差。但实际系统存在非线性因素，如：测角元件的分辨率有限、系统输出端机械运动部分存在干摩擦等等，都将给系统造成一定

的

静

误

差

。2.1设计概述第十四页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.2位置控制系统通常的技术要求

4.阶

跃

输

入

下

系

统

的

动

态

响

应

特

性

：最

大

超

调

量

%调

节

时

间

ts：偏

差

在

±5﹪

或

±2﹪

范

围振

荡

次

数

N2.1设计概述第十五页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.2位置控制系统通常的技术要求

等

速

跟

踪

时，负

载

扰

动

下

的

动态

响

应

特

性

：最

大

误

差

角

em

f过

渡

过

程

时

间

tsf

2.1设计概述第十六页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.2位置控制系统通常的技术要求

6.

系

统

跟

踪

状

态

下

的

误

差

指

标

：速度误差ev最大正弦误差em相对精度指标：

速

度

品

质

系

数

Kv:(1/s)

加

速

度

品

质

系

数

Ka:

(1/s2)

2.1设计概述第十七页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.2位置控制系统通常的技术要求

7.

频率响应特性指标要求振

荡

指

标

Mp:位

置

伺

服

系

统

闭

环

幅

频

特

性A

(

p

)

的

最

大

值

与

A(0)

的

比

值

；(一

般

位

置

伺

服

系

统

无

静差：A(0)=1)频

带

宽

度

ωb:闭

环

幅

频

特

性

A(b)

=

0.707

时

的

角

频

率。相

角

储

量

γ2.1设计概述第十八页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.2位置控制系统通常的技术要求

8.其它要求：工

作

制

的

要

求

：长

期

连

续

运

行

制

、间

歇

运

行

制

、短

时

运

行

制

。系

统

可

靠

性

要

求

：通

常

用

连

续

运

行

无

故

障

时

间

来

衡

量

。使

用

寿

命使

用

环

境

条

件

：环

境

温

度

、湿

度、振

动、抗

冲

击

、防

水、防

化、防

辐

射、电源

条

件

的

限

制经

济

性

要

求

：生

产

成

本

、标

准

化

程

度结

构

型

式

要

求

：体

积

、质

量

、安

装

特

点

等2.1设计概述第十九页，共九十七页，2022年，8月28日

2.1设计概述（旧版书：5–1）

2.1.1速度伺服系统通常的技术要求

2.1.2位置伺服系统通常的技术要求

2.1.3设计步骤

2.2负载的分析计算（旧版书：5–2）

2.2.1几种典型负载

2.2.2负载的折算

2.2.3负载的综合计算

2.3执行元件的选择（旧版书：5–3）

2.3.1执行元件概述

2.3.2执行电机的选择

2.4检测装置的选择（旧版书：第二章、5–4）

2.4.1伺服系统的测速与测角

2.4.2检测装置的选择和设计

2.5信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流电路

2.5.3振幅调制线路

2.5.4脉冲宽度调制(PWM)

线路

2.6放大装置的设计和选择（旧版书：5–4）

2.6.1功率放大装置概述

2.6.2放大装置的设计与选择

2.7电源设备等装置的设计（旧版书：5–4）第二章伺服系统的稳态设计第二十页，共九十七页，2022年，8月28日2.1.3伺服系统的设计步骤一、调研

1.选定伺服系统各部件型号；

2.确定各部件间接口方式；

3.选择伺服系统的控制方案；

4.确定伺服系统的主干线路、辅助线路及电源二、理论设计

1.稳态设计

负载分析计算选择执行电机选择检测元件信号转换电路的设计和选择放大装置的设计和选择电源设备等装置的设计和选择

2.传递函数的推导

3.动态设计

希望特性的绘制

设计校正环节三、调试2.1设计概述第二十一页，共九十七页，2022年，8月28日

2.1设计概述（旧版书：5–1）

2.1.1速度伺服系统通常的技术要求

2.1.2位置伺服系统通常的技术要求

2.1.3设计步骤

2.2负载的分析计算（旧版书：5–2）

2.2.1几种典型负载

2.2.2负载的折算

2.2.3负载的综合计算

2.3执行元件的选择（旧版书：5–3）

2.3.1执行元件概述

2.3.2执行电机的选择

2.4检测装置的选择（旧版书：第二章、5–4）

2.4.1伺服系统的测速与测角

2.4.2检测装置的选择和设计

2.5信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流电路

2.5.3振幅调制线路

2.5.4脉冲宽度调制(PWM)

线路

2.6放大装置的设计和选择（旧版书：5–4）

2.6.1功率放大装置概述

2.6.2放大装置的设计与选择

2.7电源设备等装置的设计（旧版书：5–4）第二章伺服系统的稳态设计第二十二页，共九十七页，2022年，8月28日2.2负载的分析计算2.2.1几种典型负载

直线运动旋转运动直线运动旋转运动直线运动旋转运动干

摩

擦

负

载粘

性

摩

擦

负

载惯性负

载干

摩

擦

力

Fc

（N）:

Fc

=

|Fc|·

Sign

V

式中：V

--

负

载

线

速

度干

摩

擦

力

矩

Mc

（N·

m）:

Mc

=

|Mc|·

Sign

Ω

式中：Ω

--

负

载

角

速

度粘

性

摩

擦

力

矩

Mb

（N·

m）:

Mb

=

b2

Ω

式中：b2(N·s·m)

–

粘性摩擦系数惯

性

力

矩

MJ（N·

m）:

MJ

=

J·ε式中：ε（rad/s2)

--

负

载

角

加

速

度粘

性

摩

擦

力

Fb

（N）:

Fb

=

b1

V

式中：b1(N·s/m)–

粘性摩擦系数惯

性

力

Fm

（N）:

Fm

=

m·a

式中：a(m/s2)

--

负

载

线

加

速

度1.2.3.第二十三页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.1几种典型负载直线运动旋转运动直线运动旋转运动直线运动旋转运动位能

负

载弹性负载风阻负载重

力

W（N）:

W

=

m·g不

平

衡

力

矩

MW

（N·

m）弹

性

力

矩

Mk

（N·

m）:

Mk

=

k2

Φ

式中：k2(N·m/rad)

–

弹性摩擦系数

Φ

–角位移风

阻

力

矩

Mt（N·

m）:

Mt

=

f2·Ω2

式中：f2（N·

m·s2)

–

风阻系数弹力Fk

(N):

Fk

=

k1

L

式中：K1(N/m)–弹性摩擦系数L(m)–线位移风

阻

力

Ft

（N）:

Ft

=

f1·V2

式中：f1(N·s2/m2)

–

风阻系数4.5.6.2.2负载的分析计算第二十四页，共九十七页，2022年，8月28日

2.1设计概述（旧版书：5–1）

2.1.1速度伺服系统通常的技术要求

2.1.2位置伺服系统通常的技术要求

2.1.3设计步骤

2.2负载的分析计算（旧版书：5–2）

2.2.1几种典型负载

2.2.2负载的折算

2.2.3负载的综合计算

2.3执行元件的选择（旧版书：5–3）

2.3.1执行元件概述

2.3.2执行电机的选择

2.4检测装置的选择（旧版书：第二章、5–4）

2.4.1伺服系统的测速与测角

2.4.2检测装置的选择和设计

2.5信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流电路

2.5.3振幅调制线路

2.5.4脉冲宽度调制(PWM)

线路

2.6放大装置的设计和选择（旧版书：5–4）

2.6.1功率放大装置概述

2.6.2放大装置的设计与选择

2.7电源设备等装置的设计（旧版书：5–4）第二章伺服系统的稳态设计第二十五页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.2负载的折算1.单轴传动2.多轴传动3.直

线

运

动

与

旋转

运

动

转

换直线运动旋转运动考虑减速比i考

虑

传

动

效

率η负载参数的折算单轴传动多轴传动2.2负载的分析计算第二十六页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.2负载的折算1.单轴传动2.多轴传动3.直

线

运

动

与

旋转

运

动

转

换直线运动旋转运动考虑减速比i考

虑

传

动

效

率η负载参数的折算单轴传动多轴传动2.2负载的分析计算第二十七页，共九十七页，2022年，8月28日直线运动电机负载FΣ=Fc+Fb+Fm=Fc+b1v+(md+mz)·a式中:

FΣ

----电机轴受到的合力

md----

电机动子质量

mz----

负载质量2.2负载的分析计算第二十八页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.2负载的折算1.单轴传动2.多轴传动3.直

线

运

动

与

旋转

运

动

转

换直线运动旋转运动考虑减速比i考

虑

传

动

效

率η负载参数的折算单轴传动多轴传动2.2负载的分析计算第二十九页，共九十七页，2022年，8月28日旋转运动电机负载MΣ

=Mc+MJ=Mc+(Jd+Jz)·ε式中:

MΣ

----电机轴受到的合力矩

Jd

----

电机转动惯量

Jz

----

负载转动惯量2.2负载的分析计算第三十页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.2负载的折算1.单轴传动2.多轴传动3.直

线

运

动

与

旋转

运

动

转

换直线运动旋转运动考虑减速比i考

虑

传

动

效

率η负载参数的折算单轴传动多轴传动2.2负载的分析计算第三十一页，共九十七页，2022年，8月28日考虑减速比iz22z11z31z21z12z32123电机负载Ωd=i·ΩzΦd=i·Φzεd=i·εzi=i1·i2·i3

式

中：

i1

、i2、i3

----各级齿轮减速比

i----齿轮减速器总的减速比2.2负载的分析计算第三十二页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.2负载的折算1.单轴传动2.多轴传动3.直

线

运

动

与

旋转

运

动

转

换直线运动旋转运动考虑减速比i考

虑

传

动

效

率η负载参数的折算单轴传动多轴传动2.2负载的分析计算第三十三页，共九十七页，2022年，8月28日考虑传动效率ηz22z11z31z21z12z32123电机负载电机的输出功率与负载消耗功率相等

Md·Ωd=MZ·ΩZMd=---------MZi·ηΩd=i·Ωz2.2负载的分析计算η第三十四页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.2负载的折算1.单轴传动2.多轴传动3.直

线

运

动

与

旋转

运

动

转

换直线运动旋转运动考虑减速比i考

虑

传

动

效

率η负载参数的折算单轴传动多轴传动2.2负载的分析计算第三十五页，共九十七页，2022年，8月28日负载参数的折算第三十六页，共九十七页，2022年，8月28日负载参数的折算第三十七页，共九十七页，2022年，8月28日负载参数的折算第三十八页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.2负载的折算1.单轴传动2.多轴传动3.直

线

运

动

与

旋转

运

动

转

换直线运动旋转运动考虑减速比i考

虑

传

动

效

率η负载参数的折算单轴传动多轴传动2.2负载的分析计算第三十九页，共九十七页，2022年，8月28日单轴传动已

知：负

载

W

=

m

g

，转

子

转

动

惯

量

Jd，辘

轮

转

动

惯

量

Jp，直

径

2R，电

机

和

辘

轮

的

角

速

度

为

Ω

，负

载

线

速

度

v

=

Ω

·R提升负载时，电机轴上的总负载力矩下降负载时，电机轴上的总负载力矩MΣ=MJ-MW=(Jd+JP+m·R2)·ε2

-

W·R电

机负

载辘

轮W2.2负载的分析计算

MΣ=MJ

+MW=

(Jd+JP

+m·R2)·ε1

+W·R第四十页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.2负载的折算1.单轴传动2.多轴传动3.直

线

运

动

与

旋转

运

动

转

换直线运动旋转运动考虑减速比i考

虑

传

动

效

率η负载参数的折算单轴传动多轴传动2.2负载的分析计算第四十一页，共九十七页，2022年，8月28日

多轴传动电

机负

载辘

轮Wz22z11z31z21z12z32123若

电

机

轴

与

辘

轮

之

间

存

在

减

速比

i

和

传

动

效

率

η

，则提升负载时，电机轴上的总负载力矩

MΣ=MJ’+MW’=

(Jd+)·ε1’+.

下放负载时，电机轴上的总负载力矩

MΣ=MJ’-MW’=

(Jd+)·ε2’-.

2.2负载的分析计算第四十二页，共九十七页，2022年，8月28日

2.1设计概述（旧版书：5–1）

2.1.1速度伺服系统通常的技术要求

2.1.2位置伺服系统通常的技术要求

2.1.3设计步骤

2.2负载的分析计算（旧版书：5–2）

2.2.1几种典型负载

2.2.2负载的折算

2.2.3负载的综合计算

2.3执行元件的选择（旧版书：5–3）

2.3.1执行元件概述

2.3.2执行电机的选择

2.4检测装置的选择（旧版书：第二章、5–4）

2.4.1伺服系统的测速与测角

2.4.2检测装置的选择和设计

2.5信号转换电路的设计和选择（旧版书：5–4）

2.5.1概述

2.5.2相敏整流电路

2.5.3振幅调制线路

2.5.4脉冲宽度调制(PWM)

线路

2.6放大装置的设计和选择（旧版书：5–4）

2.6.1功率放大装置概述

2.6.2放大装置的设计与选择

2.7电源设备等装置的设计（旧版书：5–4）第二章伺服系统的稳态设计第四十三页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.3负载的综合计算负

载

运

动

有

规

律负

载

运

动

没

有

固

定

规

律负载力矩不仅与负载性质有关，还与运动状况有关。2.2负载的分析计算第四十四页，共九十七页，2022年，8月28日

负载运动有规律龙

门

刨

床

工

作

台

的

控

制

系

统：执

行

电

动

机

转

子

的

转

动

惯

量

Jd,减

速

齿

轮

组

的

减

速

比

i,与

齿

条

相

啮

合

的

齿

轮

节

圆

半

径

R

,总

传

动

效

率

η

，往

复

运

动

部

分

的

总

质

量

m

,干

摩

擦

力

Fc

,切

削

加

工

时

的

切

削

阻

力

Fp

,其

它

因

素

可

忽

略

。例1齿条工件工作台刨刀电机tMC(c)t0MP(d)MJ0t(e)M∑0t0(f)tt1t2t3t4t5t60(b)MΣ=2.2负载的分析计算MC+MP+MJ第四十五页，共九十七页，2022年，8月28日

考

虑

实

际

加

工

过

程

往

复次数

多

，需

要

检

验

执

行

电

机

的

发

热

与

温

升

，为

此

要

计

算

一

周

内

转

矩

的

均

方根

值

Mdx，这

主

要

由

于Q

=

I2

R

t

，而

M

=

Km

I

，因此

考

虑

Mdx

即

可

检

验

执

行

电

机

的

温

升

与

发

热

。M∑0t0(f)t1t2t3t4t5t6M1M2M3M4M5M6若考虑到电机在起动、制动过程中低转速时散热条件差，故加权系数α<1。一般可取α=0.75。若起动段和制动段在一个周期内占的比例较大，可取α=0.5。2.2负载的分析计算第四十六页，共九十七页，2022年，8月28日2.2.3负载的综合计算负

载

运

动

有

规

律负

载

运

动

没

有

固

定

规

律负载力矩不仅与负载性质有关，还与运动状况有关。2.2负载的分析计算第四十七页，共九十七页，2022年，8月28日在

没

有

固

定

运

动

规

律

的

情

况

下

，工

程

上

常

采用

等

效

正

弦

运

动

方

法

。负载运动没有固定规律

C

=

m

sin

i

tC

=

m

i

cos

i

t

=

m

i

sin(

it+90O)C

=

-m

i2

sin

it

=

m

i2

sin(

it+1800)m

=

m

im

=

m

i2m

=

m2/m

i

=

m/m2.2负载的分析计算Mdx第四十八页，共九十七页，2022年，8月28日某

随

动

系

统

的

最

大

跟

踪

角

速

度

为

m

，最

大

跟

踪

角

加

速

度为

m

，电

机

转

子

转

动

惯

量

为

Jd

，传

动

比

为

i，传

动

效

率

为

，被

控

对

象

的

干

摩

擦

力

矩

为

MC

，转

动

惯

量

是

Jz，现

求

等

效

正

弦

运

动

时

的

Mdx。例2等效正弦运动的周期：T=2/i=2m/m2.2负载的分析计算第四十九页，共九十七页，2022年，8月28日负载的计算必须针对具体对象具体的对待不存在千篇一律的公式！！2.2负载的分析计算第五十页，共九十七页，2022年，8月28日第二章伺服系统的稳态设计

2.1设计概述

2.1.1速度伺服系统通常的技术要求

2.1.2位置伺服系统通常的技术要求

2.1.3设计步骤

2.2负载的分析计算

2.2.1几种典型负载

2.2.2负载的折算

2.2.3负载的综合计算

2.3执行元件的选择

2.3.1执行元件概述

2.3.2执行电机的选择

2.4检测装置的选择

2.4.1伺服系统的测速与测角

2.4.2检测装置的选择和设计

2.5信号转换电路的设计与选择

2.5.1概述

2.5.2相敏整流电路

2.5.4脉冲宽度调制(PWM)线路

2.5.3频压转换电路

2.6放大装置的设计与选择

2.6.1功率放大装置概述

2.6.2放大装置的设计与选择

2.7电源设备等装置的设计与选择（书：5–1）（书：5–2）（书：5–3）（书：第二章、5–4）（书：5–4）（书：5–4）（书：5–4）第五十一页，共九十七页，2022年，8月28日2.3.1执行元件概述

执行元件种类电磁感应定律回顾直流伺服电动机它激/永磁直流电动机直流力矩电动机交流伺服电动机两相异步电动机第五十二页，共九十七页，2022年，8月28日1.执行元件种类2.3执行元件的选择执

行

电

动

机直

流

电

动

机液压元件交流电动机液压电机液压动力缸液压步进电机它

励

直

流

电

动

机串励直流电动机直流力矩电动机直流无刷电动机永磁电动机两

相

异

步

电

动

机三相异步电动机滑差电动机同步电动机步进电动机第五十三页，共九十七页，2022年，8月28日2.3.1执行元件概述

执行元件种类电磁感应定律回顾直流伺服电动机它激/永磁直流电动机直流力矩电动机交流伺服电动机两相异步电动机第五十四页，共九十七页，2022年，8月28日2.电磁感应定律回顾线圈感应电动势（法拉第定律）Φ电机中常见的是磁通Φ随时间按正弦规律变化：2.3执行元件的选择第五十五页，共九十七页，2022年，8月28日BVe其中：B---磁

感

应

强

度

l---切

割

磁

力

线

的

直

导

体

的

长

度

V---直

导

体

切

割

磁

力

线

的

线

速

度导体切割磁力线的感应电动势（右手定则）2.3执行元件的选择第五十六页，共九十七页，2022年，8月28日由于流过线圈中的电流随时间变化而在线圈内感应的电动势称自感电动势。若电流i随时间按正弦规律变化：

自感电动势2.3执行元件的选择第五十七页，共九十七页，2022年，8月28日电磁力定律载流导体在磁场中受到电磁力的作用。当磁场与导体互相垂直时，作用在导体上的电磁力的方向按左手定则确定。2.3执行元件的选择第五十八页，共九十七页，2022年，8月28日2.3.1执行元件概述

执行元件种类电磁感应定律回顾直流伺服电动机它激/永磁直流电动机直流力矩电动机交流伺服电动机两相异步电动机第五十九页，共九十七页，2022年，8月28日3.直流伺服电动机

它激/永磁直流电动机

工作原理：iBff

动态方程：uauaRaLaia电枢回路电压平衡方程式：电动机的电磁转矩：电枢绕组感应电动势：电动机的输出转矩：2.3执行元件的选择第六十页，共九十七页，2022年，8月28日

机械特性机械特性指控制电压恒定时，电机的转速随转矩变化的关系，即ua=常数，Ω=f(M)ua=常数时，MΩΩ02.3执行元件的选择第六十一页，共九十七页，2022年，8月28日+E+E-ET1T2R4R5R6R7R9R8T3T4R10R11D1D2D3D4+-2.3执行元件的选择abAusrR2R3R1

应用c第六十二页，共九十七页，2022年，8月28日直流力矩电动机

定义：直流力矩电动机是一种由伺服电动机和驱动电机相结合而形成的特殊电机。它可以不用齿轮等减速机构直接驱动负载，并由输入控制电压信号直接调节负载的转速。在位置控制方式的伺服系统中，它可以长期工作在堵转状态，而在速度伺服系统中又可以工作在低速状态，且输出较大的转矩。Jd小，Ld可以忽略，Md大，Ta可以忽略。2.3执行元件的选择第六十三页，共九十七页，2022年，8月28日

机械特性MΩΩ0MfdMld

特点2.3执行元件的选择提高了位置和速度的控制精度其转矩-电流特性的线性度好运行可靠、维护简便、振动机械噪声小和结构紧凑等第六十四页，共九十七页，2022年，8月28日2.3.1执行元件概述执行元件种类电磁感应定律回顾直流伺服电动机它激/永磁直流电动机直流力矩电动机交流伺服电动机两相异步电动机第六十五页，共九十七页，2022年，8月28日4.交流伺服电动机

结构ujuc2.3执行元件的选择

两相异步电动机第六十六页，共九十七页，2022年，8月28日

工作原理

设ic向右为正，ij向下为正，如右图所示。

uc在相位上滞后uj900。ujuc+-+-ijicωtωtujuc0π2π2.3执行元件的选择第六十七页，共九十七页，2022年，8月28日控制方式幅值控制相

位

控

制幅相控制ucujcu1.......ucuj2.3执行元件的选择第六十八页，共九十七页，2022年，8月28日第二章伺服系统的稳态设计

2.1设计概述

2.1.1速度伺服系统通常的技术要求

2.1.2位置伺服系统通常的技术要求

2.1.3设计步骤

2.2负载的分析计算

2.2.1几种典型负载

2.2.2负载的折算

2.2.3负载的综合计算

2.3执行元件的选择

2.3.1执行元件概述

2.3.2执行电机的选择

2.4检测装置的选择

2.4.1伺服系统的测速与测角

2.4.2检测装置的选择和设计

2.5信号转换电路的设计与选择

2.5.1概述

2.5.2相敏整流电路

2.5.3脉冲宽度调制(PWM)

线路

2.5.4频压转换电路

2.6放大装置的设计与选择

2.6.1功率放大装置概述

2.6.2放大装置的设计与选择

2.7电源设备等装置的设计与选择（书：5–1）（书：5–2）（书：5–3）（书：第二章、5–4）（书：5–4）（书：5–4）（书：5–4）第六十九页，共九十七页，2022年，8月28日2.3.2执行电机的选择单轴传动系统电机的选择一般高速电机的选择低速力矩电机的选择多轴传动一般高速执行电机的选择第七十页，共九十七页，2022年，8月28日2.3.2执行电机的选择2.3执行元件的选择

负载通常给定技术指标：Ωm、εm、ec、ev、ea、em、JZ、MC、σ﹪、ts1.单轴传动系统电机的选择一般高速电机的选择低速力矩电机的选择第七十一页，共九十七页，2022年，8月28日电机给定技术指标：一般电机：Ue、ne、Ie、Pe、Me、Jd

[kg·m2]若未给Jd，给出GD2（飞轮转矩）则两相异步电机：Ue、Ie、Pe、Me、n0、Mdd(堵转力矩）、

Tm(电机的机电时间常数）

，此时最大一般高速电机的选择2.3执行元件的选择第七十二页，共九十七页，2022年，8月28日

ne≥nm=

Me≥Mc+(Jd+Jz)·εm过载检验：λMe≥Mm普通型:λ起重型:λ鼠笼转子:λ≈1.8-2空心杯转子:λ≈直流电动机：λ≈2.5-3，若绝缘好，λ≈4-5t≤1秒时：λ≤102.3执行元件的选择

执行电机的选择t≤3秒：三相异步电机两相异步电机第七十三页，共九十七页，2022年，8月28日低速力矩电机的选择2.3执行元件的选择电

机

给

定

技

术

指

标

：n0、Mfd、Mld、Um、U、Jd

[kg·m2]试凑：MΣ

=Mc+(Jd+Jz)·εm，验算：稳态检验

Ω0=n0

ΩL0=n0

=Ω0若t≤3秒，则检验MA≥MΣ，否则重选电机。若t>3秒，则检验MB≥MΣ，否则重选电机。

执行电机的选择：MΩΩ0MfdMldΩL0ABMBMAΩα此时Ω=Ωα第七十四页，共九十七页，2022年，8月28日求力矩电机的电势系数过载检验：

Umax

----快速反转所加的电枢最大电压

Ωmax

----最大角速度

RΣ

----电枢回路总电阻

Km(N·m/A)

----电机转矩系数②短时过载检验2.3执行元件的选择式中：第七十五页，共九十七页，2022年，8月28日要求ω≥ωb带宽ωb的概念闭环传递函数，则

ω=ωb时，根据经验公式：在γ∈[300~600]时，工程上近似有

ωb≈(1.2~2)ωC③动态检验2.3执行元件的选择若系统动态指标提出要求：ω≥ωb,t≤ts|Φ（ω）|ωωb|Φ（ω0）|第七十六页，共九十七页，2022年，8月28日

ωc与ε的关系2.3执行元件的选择W

(

s

)eΦrΦc当ω=ωc时,第七十七页，共九十七页，2022年，8月28日M与ω的关系2.3执行元件