电机伺服控制系统.ppt

电机伺服控制系统
一、课题背景
伺服控制系统就是用来控制被控对象的某种状态， 使其能够自动地、连续地、精确地复现输入信号变化规律的一类控制系统。
机械制造业是应用伺服控制系统最多最广的行业之一， 各种数控机床中的运动控制c-Ia (Ra+Ri)
含驱动电路的电枢等效回路
Date
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
Date
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
2022/8/18
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
Date
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。
Date
闭环伺服系统结构原理图
半闭环伺服系统结构原理图
Date
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。
Date
系统结构图
AT90S8535
矩阵键盘输入
NS公司的直流电机专用驱动芯片
直流伺服电机
光电编码器
点阵型液晶（LCD）
半闭环伺服系统
Date
主控模块
在本系统主控模块的选择上有以下几种方案:
1、选用DSP作为主控系统:
因为DSP具有强大的计算及数据处理能力，因此现有的大多数运动控制系统均采用该种方式，但DSP成本太高，并且编程复杂，外围配载芯片多，对于我们本科生来说，.
2、选用AVR高速单片机作为主控系统
AVR单片机是RISC结构单片机，其处理速度快，抗干扰能力强，并且内部资源丰富，价格低廉，因此我们选用AT90S8535作为该系统的中央处理器.
Date
主控AT90S8535电路板
主控板：
Date
直流伺服电机
本系统的直流伺服电机采用FAULHABER电机。FAULHABER关于电机的概念很简单，然而却是革命性的：
① 斜绕组空心杯转子原理
■ 对称绕制，振动最小化；■ 双层绕组热处理，转子刚度高
② 绕组直接连接换向系统
■ 散热好，电流密度高。
③ 绕组、换向器及电机轴一体化
■ 转动惯量低；■ 效率高;■ 力能指标高。
Date
④ 工作曲线
斜绕组空心杯转子使输出特性线性化。 ■ 电压和转速呈线性关系；■ 电流和转矩呈线性关系；
■ 转矩与功率成函数关系；■ 效率与转矩成函数关系； ■ 电流和转速与转矩成函数关系。
Date
光电编码盘
减速箱
直流电机主机
Date