第09講直流伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、直流電機(jī)基本工作原理與結(jié)構(gòu)二、直流電機(jī)電樞繞組簡(jiǎn)介三、直流電機(jī)電樞反應(yīng)四、直流電機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩五、直流電機(jī)換向主要內(nèi)容1.直流電機(jī)的工作原理1）直流發(fā)電機(jī)工作原理

直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。）一、直流電機(jī)基本工作原理與結(jié)構(gòu)一、直流電機(jī)工作原理從圖中可以看出，接入直流電源以后，電刷A為正極性，電刷B為負(fù)極性。電流從正電刷A經(jīng)線圈ab、cd，到負(fù)電刷B流出。根據(jù)電磁力定律，在載流導(dǎo)體與磁力線垂直的條件下，線圈每一個(gè)有效邊將受到一電磁力的作用。電磁力的方向可用左手定則判斷，伸開左手，掌心向著N極，4指指向電流的方向，與4指垂直的拇指方向就是電磁力的方向。在圖示瞬間，導(dǎo)線ab與dc中所受的電磁力為逆時(shí)針方向，在這個(gè)電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)．即圖中S的方向。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈邊位置互換，這時(shí)要使轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)．則應(yīng)使線圈邊中的電流方向也加以改變．要進(jìn)行換向。由于換向器與靜止電刷的相互配合作用，線圈不論轉(zhuǎn)到何處，B刷h始終與運(yùn)動(dòng)到N極下的線圈邊相接觸，而電極A始終與運(yùn)動(dòng)到S極下的線圈邊相接觸．這就保證了電流總是經(jīng)電刷經(jīng)N極下導(dǎo)體流入，再沿S極導(dǎo)體經(jīng)電刷B流出。因而電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，使電機(jī)沿逆時(shí)針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

二、直流電機(jī)的基本方程靜態(tài)方程是指電機(jī)穩(wěn)態(tài)下的機(jī)械平衡方程，電壓平衡方程。靜態(tài)方程Ia動(dòng)態(tài)方程過渡狀態(tài)——停止/啟動(dòng)、加速、減速、加載、減載I電流三、直流電機(jī)的調(diào)速原理1.電壓調(diào)速機(jī)械特性方程的推導(dǎo)Ia直流電機(jī)的基本特性_1K值的大小反映了什么？KM也被稱為轉(zhuǎn)速降△n，其物理意義是負(fù)栽對(duì)轉(zhuǎn)速的影響理想轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速降Ia機(jī)械特性曲線直流伺服電機(jī)的基本特性_2啟動(dòng)電壓?jiǎn)?dòng)電壓的物理意義？啟動(dòng)特性曲線電機(jī)調(diào)速基本概念恒功率調(diào)速nMnP電機(jī)調(diào)速基本概念恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速nMnP電機(jī)調(diào)速基本概念調(diào)速范圍額定轉(zhuǎn)速在額定電壓，額定負(fù)載條件下（電機(jī)銘牌上所給出的數(shù)據(jù)）電機(jī)調(diào)速基本概念調(diào)速范圍靜差度額定轉(zhuǎn)速在額定電壓，額定負(fù)載條件下（電機(jī)銘牌上所給出的數(shù)據(jù)）電機(jī)調(diào)速基本概念調(diào)速范圍靜差度由靜差度許可值求調(diào)速范圍額定轉(zhuǎn)速在額定電壓，額定負(fù)載條件下（電機(jī)銘牌上所給出的數(shù)據(jù)）直流電機(jī)的基本特性_1普通直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)額定工作轉(zhuǎn)速額定工作轉(zhuǎn)矩額定工作電壓額定工作電流電機(jī)線圈直流內(nèi)阻理想轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速降IaIa電機(jī)調(diào)速基本概念直流電機(jī)調(diào)速的基本概念什么是恒轉(zhuǎn)距調(diào)速？什么是恒功率調(diào)速？什么是動(dòng)態(tài)平衡方程？什么是靜態(tài)平衡方程？這兩類方程的應(yīng)用場(chǎng)合。理想轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速降Ia四、直流電機(jī)的控制方法單片機(jī)工業(yè)PC可編程控制器1.電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的作用機(jī)床在加工過程中、需要按不同的加工要求，調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度。為保證工件表面質(zhì)量和精度．求調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速穩(wěn)定．能迅速消除擾動(dòng)(主要是負(fù)載和電樞電壓波動(dòng))而引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。要求系統(tǒng)具有足夠的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和快速性，使起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速過程平穩(wěn)迅速。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)_1直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)械速度控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)_2直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（半閉環(huán)）控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)械測(cè)量速度控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1(A)直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)：速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)右圖為一數(shù)控機(jī)床進(jìn)給部件中的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)接線圖它是一個(gè)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)電源電源電機(jī)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)_3直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（閉環(huán)）控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)械測(cè)量速度控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)_4直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)速度負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)位置—速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)控制1控制2驅(qū)動(dòng)測(cè)量1電機(jī)機(jī)械測(cè)量2位置控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服電機(jī)CNC系統(tǒng)

機(jī)床本體傳感器CNC中的伺服系統(tǒng)系統(tǒng)實(shí)例數(shù)控系統(tǒng)+驅(qū)動(dòng)單元+伺服電機(jī)系統(tǒng)實(shí)例伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例_1設(shè)計(jì)條件最大縱向進(jìn)給力工作臺(tái)質(zhì)量工件等質(zhì)量定位精度導(dǎo)軌形式及材料

設(shè)計(jì)目標(biāo)擬定其傳動(dòng)系統(tǒng)選擇伺服電機(jī)確定反饋控制結(jié)構(gòu)選擇伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)條件轉(zhuǎn)化成分析條件？？？？？

伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例_分析1解決問題的方法通過數(shù)學(xué)建模來分析整個(gè)系統(tǒng)的問題驅(qū)動(dòng)單元數(shù)學(xué)模型電機(jī)單元數(shù)學(xué)模型機(jī)械單元數(shù)學(xué)模型目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例_分析2數(shù)學(xué)建模來分析整個(gè)系統(tǒng)的問題數(shù)學(xué)模型應(yīng)解決什么問題數(shù)學(xué)模型如何來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)驅(qū)動(dòng)單元數(shù)學(xué)模型電機(jī)單元數(shù)學(xué)模型機(jī)械單元數(shù)學(xué)模型目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例_分析3數(shù)學(xué)建模來分析整個(gè)系統(tǒng)的問題數(shù)學(xué)模型應(yīng)解決什么問題數(shù)學(xué)模型如何來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)驅(qū)動(dòng)單元數(shù)學(xué)模型電機(jī)單元數(shù)學(xué)模型機(jī)械單元數(shù)學(xué)模型目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信號(hào)輸入輸出輸入輸出輸入輸出信號(hào)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)形式電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1(A)直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)：速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)右圖為一數(shù)控機(jī)床進(jìn)給部件中的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)接線圖它是一個(gè)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)電源電源電機(jī)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1(B)直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1(C)直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1(D)控制驅(qū)動(dòng)電源電源電機(jī)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1(E)控制驅(qū)動(dòng)電源電源電機(jī)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1(F)驅(qū)動(dòng)電源電源電機(jī)控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1(G)控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1(H)控制位置控制實(shí)現(xiàn)原理電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例_1[總結(jié)]通過以上的實(shí)例，同學(xué)應(yīng)掌握如下內(nèi)容電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一般形式和工作原理電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中速度閉環(huán)和位置閉環(huán)的區(qū)別電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)中速度指令的形式電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)中的位置控制實(shí)現(xiàn)原理直流伺服電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)實(shí)例直流伺服電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)實(shí)例速度指令測(cè)速電機(jī)電機(jī)直流伺服電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)實(shí)例速度指令測(cè)速電機(jī)速度單元電機(jī)直流伺服電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)實(shí)例速度環(huán)速度指令測(cè)速電機(jī)電機(jī)直流伺服電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)實(shí)例電流環(huán)速度環(huán)電壓—脈沖變換速度指令測(cè)速電機(jī)電機(jī)直流伺服電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)實(shí)例電流環(huán)速度環(huán)電壓—脈沖變換速度指令測(cè)速電機(jī)電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)也要分步驟進(jìn)行，首先要根據(jù)被控對(duì)象運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，選擇系統(tǒng)的執(zhí)行電機(jī)和相應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；接著可以選擇或設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)的功率放大裝置；再根據(jù)系統(tǒng)工作精度的要求，確定檢測(cè)裝置具體的組成形式，選擇元件的型號(hào)規(guī)格，設(shè)計(jì)具體的線路參數(shù)。然后根據(jù)已確定的執(zhí)行電機(jī)、功率放大裝置和檢測(cè)整置，設(shè)計(jì)前置放大器、信號(hào)轉(zhuǎn)換線路等。在考慮各種部件相互聯(lián)接時(shí)，要注意阻抗的匹配、飽和界限、分辨率、供電方式和接地方式。為使有用信號(hào)不失真的、不失精度地有效傳遞，耍設(shè)計(jì)好福合方式。同時(shí)也要考慮必要的屏蔽、保護(hù)、濾波……等抗干擾措施。建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型經(jīng)過系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主回路各部分均己確定。但穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)依據(jù)的主要是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，因此所構(gòu)成的系統(tǒng)還不能保證滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求，為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)汁作準(zhǔn)備，需要對(duì)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)所確定的系統(tǒng)作定量計(jì)算(或輔助實(shí)驗(yàn)測(cè)試)，建立它的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，稱之為原始系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)根據(jù)被控對(duì)象對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求，結(jié)合以上獲得的原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，要確定采用什么校正(補(bǔ)償)形式，Q定校正(補(bǔ)償)裝置具體線路和參數(shù)，確定校正裝置在原始系統(tǒng)中具體聯(lián)接的部位和聯(lián)接方式。使校正(補(bǔ)償)后的系統(tǒng)能滿足動(dòng)