电机伺服控制系统（修改）.ppt

电机伺服控制系统研究与开发
作 者：赵 栋 李 强
指导教师：裴 东 王全州
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一、课题背景
伺服控制系统就是用来控制被控对象的某种成电磁力，并用电磁力驱动执行机构运动，如交流电机、直流电机、力矩电机、步进电机等。
2、液压式执行元件先将电能变化成液体压力，并用电磁阀控制压力油的流向，从而使液压执行元件驱动执行机构运动。
3、气压式执行元件与液压式执行元件的原理相同，只是介质由液体改为气体。
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六、直流伺服电动机
1、直流伺服电动机按励磁方式可分为电磁式和永磁式两种。
2、直流伺服电动机主要由磁极、电枢、电刷及换向片组成，如图所示。
直流伺服电动机基本结构
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3、直流伺服电动机的特性分析
直流伺服电动机的机械特性
直流伺服电动机的调节特性
电枢等效电路
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直流伺服电动机的机械特性是一组斜率相同的直线簇。每条机械特性和一种电枢电压相对应，与ω轴的交点是该电枢电压下的理想空载角速度，与Tm轴的交点则是该电枢电压下的启动转矩。
直流伺服电动机的调节特性也是一组斜率相同的直线簇。每条调节特性和一种电磁转矩相对应，与Ua轴的交点是启动时的电枢电压。
从图中还可看出，调节特性的斜率为正，说明在一定的负载下，电动机转速随电枢电压的增加而增加；而机械特性的斜率为负，说明在电枢电压不变时，电动机转速随负载转矩增加而降低。
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上述对直流伺服电动机特性的分析是在理想条件下进行的，实际上电动机的驱动电路、电动机内部的摩擦及负载的变动等因素都对直流伺服电动机的特性有着不容忽略的影响。
 1）驱动电路对机械特性的影响
4、影响直流伺服电动机特性的因素
直流伺服电动机是由驱动电路供电的，假设驱动电路的内阻是Ri，加在电枢绕组两端的控制电压是Uc，则可画出电枢等效回路。在这个电枢等效回路中，电压平衡方程式为
Ea=Uc-Ia (Ra+Ri)
含驱动电路的电枢等效回路
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于是在考虑了驱动电路的影响后，直流伺服电动机的机械特性表达式变成

由于驱动电路内阻Ri的存在而使机械特性曲线变陡了，下图给出了驱动电路内阻影响下的机械特性。 
驱动电路内阻对机械特性的影响
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2）直流伺服电动机内部的摩擦对调节特性的影响
由图可知，直流伺服电动机在理想空载时（即Tm1=0），其调节特性曲线从原点开始。但实际上直流伺服电动机内部存在摩擦（如转子与轴承间的摩擦等），直流伺服电动机在启动时需要克服一定的摩擦转矩，因此启动时电枢电压不可能为零。
摩擦及负载变动对调节特性的影响
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在负载转矩TL不变的条件下，直流伺服电动机角速度与电枢电压成线性关系。但在实际伺服系统中，经常会遇到负载随转速变动的情况，如粘性摩擦阻力是随转速增加而增加的，数控机床切削加工过程中的切削力也是随进给速度变化而变化的。这时由于负载的变动将导致调节特性的非线性。
3）负载变化对调节特性的影响
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七、直流伺服系统
由于伺服控制系统的速度和位移都有较高的精度要求，因而直流伺服电动机通常以闭环或半闭环控制方式应用于伺服系统中。
直流伺服系统的闭环控制是针对伺服系统的最后输出结果进行检测和修正的伺服控制方法，而半闭环控制是针对伺服系统的中间环节（如电动机的输出速度或角位移等）进行监控和调节的控制方法。它们都对系统输出进行实时检测和反馈，并根据偏差对系统实施控制。两者的区别仅在于传感器检测信号的位置不同，由此导致设计、制造的难易程度不同，工作性能不同，但两者的设计与分析方法基本上是一致的。
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闭环伺服系统结构原理图
半闭环伺服系统结构原理图
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八、电机伺服控制系统
直流电机伺服控制系统，主要由直流伺服电机、单片机和电机驱动构成，其控制核心是AT90S8535 单片机。该单片机主要完成光电编码器信号的采集，电机换相信号的输出，电机转速的测量，以及数字PWM 调速信号的输出等功能。并通过软件编程实现速度的PI 调节，构成电机转速闭环控制系统。以此控制电动小车以定速做直线运动。电机驱动电路采用直流电机专用驱动芯片LMD18200T。该系统的特点就是结构简单，实现了全数字式控制，在运行中获得了良好的动静态性能。
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系