直流伺服电机的控制与驱动

直流伺服电机控制与驱动机械工程内容安排1、直流伺服电机工作原理2、直流伺服电机的驱动3、直流伺服电机的选择直流电机和直流伺服电机有什么区别：伺服电机：有反馈的控制系统，它是直流供电，有编码器反馈速度和位置信号，有良好的动态性能。直流电机：没有反馈信号，不能形成闭合回路。直流伺服电机的特点优点：具有较高的响应速度、精度和频率，优良的控制特性等。便于调速，机械特性好。缺点：但由于使用电刷和换向器，故寿命较低，需要定期维修。转动惯量过大输出转矩过小，动态特性差。直流伺服电动机由线圈转子（也称电枢），能产生固定磁场的定子，电刷，换向器组成，其原理简图如图所示。1、直流伺服电机工作原理U+–NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II1、直流伺服电机工作原理注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+–NS电刷换向片II换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流电，以保持转矩方向不变。FFU+–NS电刷换向片IIEbEb由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。直流伺服电动机采用直流供电，为调节电动机转速和方向，需要对其直流电压的大小和方向进行控制。根据电工学原理，永磁式直流电机的转矩与流过电枢回路的电流强度成正比：（1）（2）（3）联立式子1、2、3求解可得：这样我们通过控制加在电机上的电压来控制转速（4）2、直流伺服电机的控制与驱动直流伺服电机是直流供电，为了调节电机转速和方向，需要对其直流电压的大小和方向进行控制。目前常用的驱动方式是PWM（pulsewidthmodulation）脉冲宽度调制的英文缩写。它的含义是利用大功率晶体管的开关作用，使得加到电机上电压的时间（占空比）发生变化，从而控制电机电压的平均值来控制电机的转速。此时电机只能在某一个方向调速，称为不可逆调速。当需要电机在正、反两个方向都能调速的时候，需要使用桥式降压电路通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为a=t1/T，则电机的平均速度为Va=Vmax*a其中Va指的是电机的平均速度，Vmax指电机在通电时的最大速度，a=t1/T是指占空比.由上面的公式可见，当我们改变占空比a时，就可以得到不同的电机平均速度Va，从而达到调速的目的。选择依据是惯量匹配原则或者等效转矩来选择，只介绍第一种方法惯量匹配原则根据理论分析和实践证明，负载惯量和电机惯量的比值对伺服系统的性能有很大的影响。通常分为两种情况：3、直流伺服电动机的选择