機(jī)電傳動控制：第五章 控制電機(jī)

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1、控 制 電 機(jī)第五章第五章v1、了解控制電機(jī)的分類；、了解控制電機(jī)的分類；v2、了解交、直流伺服電機(jī)的工作原理及特點(diǎn)；、了解交、直流伺服電機(jī)的工作原理及特點(diǎn)；v3、了解各種控制電機(jī)的用途；、了解各種控制電機(jī)的用途；v4、了解控制電機(jī)與普通電機(jī)的區(qū)別；、了解控制電機(jī)與普通電機(jī)的區(qū)別；v5、了解軸角的檢測方法。、了解軸角的檢測方法。本章要求：本章要求：本章知識點(diǎn)：本章知識點(diǎn)：v1、步進(jìn)電機(jī)的工作原理及驅(qū)動方式；、步進(jìn)電機(jī)的工作原理及驅(qū)動方式；v2、交流伺服電機(jī)的工作原理；交流伺服電機(jī)的工作原理；v3、自轉(zhuǎn)及消除自轉(zhuǎn)的措施；自轉(zhuǎn)及消除自轉(zhuǎn)的措施；v4、力矩電機(jī)大轉(zhuǎn)矩低轉(zhuǎn)速的機(jī)理；力矩電機(jī)大轉(zhuǎn)矩低轉(zhuǎn)速

2、的機(jī)理；v5、控制系統(tǒng)的一般組成。、控制系統(tǒng)的一般組成。直流發(fā)電機(jī)直流電動機(jī)直流電機(jī)直流電機(jī)同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電動機(jī)交流電機(jī)交流電機(jī)異步電機(jī)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)變壓器變壓器（也屬交流電機(jī)的一種，但它靜止不動）電機(jī)的分類：控制電機(jī)的用途與要求：控制電機(jī)的用途與要求：v1、用途：用途：用用于于自自動動控控制制、自自動動調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)、遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程控控制制、伺伺服服控控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。v2、對控制電機(jī)的一般要求對控制電機(jī)的一般要求：動作靈敏、響應(yīng)快、控制精度高、穩(wěn)定性好。動作靈敏、響應(yīng)快、控制精度高、穩(wěn)定性好。5.1步進(jìn)電機(jī)傳動控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)傳動控制系統(tǒng)v步進(jìn)電動機(jī)是一種步進(jìn)電動機(jī)是

3、一種將電脈沖信號變換成相應(yīng)的角將電脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個(gè)，每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖時(shí)，它便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度，這個(gè)角度電脈沖時(shí)，它便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度，這個(gè)角度稱為稱為步距角步距角，簡稱為步距。每輸入一個(gè)脈沖電，簡稱為步距。每輸入一個(gè)脈沖電動機(jī)便轉(zhuǎn)動一步，步進(jìn)電動機(jī)便因之而命名。動機(jī)便轉(zhuǎn)動一步，步進(jìn)電動機(jī)便因之而命名。v當(dāng)電動機(jī)不失步時(shí)，當(dāng)電動機(jī)不失步時(shí)，步進(jìn)電動機(jī)的位移量與輸入步進(jìn)電動機(jī)的位移量與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成比例，不會引起積累誤差脈沖數(shù)嚴(yán)格成比例，不會引起積累誤差，其轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率和步距角有關(guān)?？刂戚斎朊}沖數(shù)量、與脈

4、沖頻率和步距角有關(guān)?？刂戚斎朊}沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的接通次序，就可以得到頻率及電動機(jī)各相繞組的接通次序，就可以得到所需的位移、速度和轉(zhuǎn)向。通過傳動機(jī)構(gòu)，帶動所需的位移、速度和轉(zhuǎn)向。通過傳動機(jī)構(gòu)，帶動工作設(shè)備完成符合要求的動作。工作設(shè)備完成符合要求的動作。步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)的分類1、定位電磁鐵原理的步進(jìn)電機(jī)；、定位電磁鐵原理的步進(jìn)電機(jī)；2、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（變磁阻式）；、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（變磁阻式）；3、永磁式步進(jìn)電機(jī)；、永磁式步進(jìn)電機(jī)；4、混合式步進(jìn)電機(jī)。、混合式步進(jìn)電機(jī)。5.1.1步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理v當(dāng)當(dāng)A相通電時(shí)，定子相通電時(shí)，定子A相的齒與轉(zhuǎn)子上的齒

5、相的齒與轉(zhuǎn)子上的齒對齊對齊(磁通具有力圖沿磁通具有力圖沿磁阻最小路徑通過的磁阻最小路徑通過的特點(diǎn)特點(diǎn))，B相的齒與轉(zhuǎn)相的齒與轉(zhuǎn)子上的齒錯(cuò)開子上的齒錯(cuò)開1/3齒，齒，C相的齒與轉(zhuǎn)子上的齒相的齒與轉(zhuǎn)子上的齒錯(cuò)開錯(cuò)開2/3齒。若按齒。若按A、B、C相輪流導(dǎo)通，每通電相輪流導(dǎo)通，每通電一次轉(zhuǎn)過一次轉(zhuǎn)過1/3齒；若按齒；若按A、AB、B、BC、C、CA的方式，則每通電的方式，則每通電一次，轉(zhuǎn)過一次，轉(zhuǎn)過1/6齒。齒。v轉(zhuǎn)子與相之間錯(cuò)開的轉(zhuǎn)子與相之間錯(cuò)開的角度增量為角度增量為t/m 定子繞組按一定的規(guī)律通電；轉(zhuǎn)子鐵心在磁場作定子繞組按一定的規(guī)律通電；轉(zhuǎn)子鐵心在磁場作用下每次轉(zhuǎn)過一定的角度。用下每次轉(zhuǎn)過一定

6、的角度。實(shí)際步進(jìn)電動機(jī)的步距角通常較小，這就要求轉(zhuǎn)子的齒數(shù)多。實(shí)際步進(jìn)電動機(jī)的步距角通常較小，這就要求轉(zhuǎn)子的齒數(shù)多。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)工作原理接線與結(jié)構(gòu)接線與結(jié)構(gòu)A相繞組通電相繞組通電B相繞組通電相繞組通電C相繞組通電相繞組通電v5.1.2步進(jìn)電機(jī)的步距角、和拍的定義步進(jìn)電機(jī)的步距角、和拍的定義v1、拍、拍定子由一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀定子由一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)態(tài)（即磁場狀態(tài)每一次變化）稱為一拍；（即磁場狀態(tài)每一次變化）稱為一拍；v2、步距角、步距角步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步（一拍）（一拍）所轉(zhuǎn)過所轉(zhuǎn)過的角度的角度。其大小取決于轉(zhuǎn)子的齒數(shù)，和通電的

7、方式。其大小取決于轉(zhuǎn)子的齒數(shù)，和通電的方式。v步距角步距角=360=360o o/(ZKm)/(ZKm)Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)；轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m定子繞組相數(shù)；定子繞組相數(shù)；K狀態(tài)系數(shù)（單狀態(tài)系數(shù)（單m拍、雙拍、雙m拍時(shí)拍時(shí)K=1，單、雙，單、雙m拍拍時(shí)時(shí)K=2）。）。v3、步進(jìn)電機(jī)的、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n=60f/2/2 顯然，顯然，齒數(shù)越多、相數(shù)越多，步距角越小，精度越高，齒數(shù)越多、相數(shù)越多，步距角越小，精度越高，但轉(zhuǎn)速越慢但轉(zhuǎn)速越慢。v5.1.3提高步進(jìn)電機(jī)分辨率的方法：提高步進(jìn)電機(jī)分辨率的方法：v1、增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z（設(shè)計(jì)成小步距角的步進(jìn)電（設(shè)計(jì)成小步距角的步進(jìn)電機(jī)）但齒太小，容易磁飽和，力矩

8、變??；機(jī)）但齒太小，容易磁飽和，力矩變??；v2、增加定子繞組相數(shù)增加定子繞組相數(shù)m（做成多相）；（做成多相）；v3、做成多段做成多段式結(jié)構(gòu)；式結(jié)構(gòu)；v4、采用電流細(xì)分技術(shù)采用電流細(xì)分技術(shù)（通過單片機(jī)的（通過單片機(jī)的D/A控制控制步進(jìn)電機(jī)定子相鄰兩相電流的比例實(shí)現(xiàn)）。但步進(jìn)電機(jī)定子相鄰兩相電流的比例實(shí)現(xiàn)）。但要注意，細(xì)分主要是改善運(yùn)動性能。要注意，細(xì)分主要是改善運(yùn)動性能。v5.1.4 步進(jìn)電動機(jī)的分類步進(jìn)電動機(jī)的分類v1按步進(jìn)電動機(jī)的工作原理分按步進(jìn)電動機(jī)的工作原理分v1）勵(lì)磁式勵(lì)磁式v電機(jī)的定子轉(zhuǎn)子均有繞組，靠電磁力矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。電機(jī)的定子轉(zhuǎn)子均有繞組，靠電磁力矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。v2）反應(yīng)式反應(yīng)式

9、(變磁阻式）變磁阻式）v轉(zhuǎn)子無繞組，定子繞組勵(lì)磁后產(chǎn)生反應(yīng)力矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子無繞組，定子繞組勵(lì)磁后產(chǎn)生反應(yīng)力矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。這是步進(jìn)電動機(jī)發(fā)展的主要類型，有較好的技術(shù)性動。這是步進(jìn)電動機(jī)發(fā)展的主要類型，有較好的技術(shù)性能指標(biāo)。能指標(biāo)。v3）混合式混合式（即永磁感應(yīng)子式）（即永磁感應(yīng)子式）v它與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上置有磁鋼。反應(yīng)式電機(jī)它與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上置有磁鋼。反應(yīng)式電機(jī)轉(zhuǎn)子無磁鋼，輸入能量全靠定子勵(lì)磁電流供給，靜態(tài)電轉(zhuǎn)子無磁鋼，輸入能量全靠定子勵(lì)磁電流供給，靜態(tài)電流比永磁式大許多。永磁感應(yīng)子式電機(jī)具有驅(qū)動電流小、流比永磁式大許多。永磁感應(yīng)子式電機(jī)具有驅(qū)動電流小、效率高、過載能力強(qiáng)和

10、具有零電流力矩等優(yōu)點(diǎn)，是一種效率高、過載能力強(qiáng)和具有零電流力矩等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的步進(jìn)電動機(jī)。很有發(fā)展前途的步進(jìn)電動機(jī)。v還有其它的分類方法（自學(xué)）還有其它的分類方法（自學(xué)）混合式步進(jìn)電機(jī)有零電流力矩混合式步進(jìn)電機(jī)有零電流力矩v5.1.5環(huán)形分配器的實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的實(shí)現(xiàn)v1、硬件環(huán)形分配器（隨著單片機(jī)的出現(xiàn)已、硬件環(huán)形分配器（隨著單片機(jī)的出現(xiàn)已很少使用）；很少使用）；v2、軟件環(huán)形分配器（通過查表實(shí)現(xiàn)）、軟件環(huán)形分配器（通過查表實(shí)現(xiàn)）5.1.6步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路1、單電壓限流型驅(qū)、單電壓限流型驅(qū)動電路動電路 為了克服靜摩為了克服靜摩擦力和慣性，加擦力和慣性，加大步進(jìn)電

11、機(jī)的加大步進(jìn)電機(jī)的加速度，加快啟動速度，加快啟動過程，采用高低過程，采用高低壓切換電路。利壓切換電路。利用高電壓產(chǎn)生大用高電壓產(chǎn)生大力矩，利用低電力矩，利用低電壓維持靜止，從壓維持靜止，從而減少發(fā)熱。而減少發(fā)熱。當(dāng)晶體管當(dāng)晶體管VT導(dǎo)通瞬導(dǎo)通瞬間，由于電容間，由于電容C兩端兩端電壓不能突變，電容電壓不能突變，電容相當(dāng)于短路，加在電相當(dāng)于短路，加在電阻阻R的電壓很小，電的電壓很小，電流很小，電壓全部加流很小，電壓全部加在繞組在繞組L上，電流快上，電流快速上升。隨著電容充速上升。隨著電容充電，加在繞組電，加在繞組L的電的電壓降低電流減少。壓降低電流減少。V為續(xù)流二極管，為續(xù)流二極管，RD為為限流電

12、阻防止關(guān)斷瞬間限流電阻防止關(guān)斷瞬間反電勢過高，擊穿晶體反電勢過高，擊穿晶體管管VT。電容。電容C僅在啟動僅在啟動時(shí)起作用，稱為加速電時(shí)起作用，稱為加速電容。時(shí)間常數(shù)容。時(shí)間常數(shù)=L/（r+R)為了提高速為了提高速度，要加大度，要加大R，但要保，但要保證維持電流，必須同時(shí)證維持電流，必須同時(shí)提高提高U。造成功耗大。造成功耗大。I=U/（r+R)v2、雙電源高低壓切換型驅(qū)動電路、雙電源高低壓切換型驅(qū)動電路v開始時(shí)開始時(shí)VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)導(dǎo)通，80V直接加在繞組直接加在繞組L上，當(dāng)經(jīng)過上，當(dāng)經(jīng)過t2時(shí)間，關(guān)斷時(shí)間，關(guān)斷VT2，用低壓，用低壓12V維維持。在下一步開始前，把持。在下一步開始前

13、，把VT1關(guān)斷。關(guān)斷。v引起步進(jìn)電機(jī)失步的原因：引起步進(jìn)電機(jī)失步的原因：v1、步進(jìn)電機(jī)的力矩不夠步進(jìn)電機(jī)的力矩不夠（負(fù)載力矩大于步（負(fù)載力矩大于步進(jìn)電機(jī)的最大靜力矩）；進(jìn)電機(jī)的最大靜力矩）；v2、加減速過快加減速過快（動態(tài)力矩不夠）；（動態(tài)力矩不夠）；v即給定角加速度即給定角加速度=（TM-TL）/Jv步進(jìn)電機(jī)控制的優(yōu)缺點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)控制的優(yōu)缺點(diǎn)：v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：v1、步進(jìn)電機(jī)不失步時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖、步進(jìn)電機(jī)不失步時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成比例，數(shù)嚴(yán)格成比例，可以用于高精度的開環(huán)控制可以用于高精度的開環(huán)控制；v2、控制方法及設(shè)備簡單，價(jià)錢便宜；、控制方法及設(shè)備簡單，價(jià)錢便

14、宜；v3、零速（堵轉(zhuǎn)）力矩大零速（堵轉(zhuǎn)）力矩大；v4、永磁式和混合式、永磁式和混合式有零電流力矩有零電流力矩；v5、體積小。、體積小。v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：v1、高速力矩小高速力矩?。恳徊街挥幸粋€(gè)齒出力）響應(yīng)慢；（每一步只有一個(gè)齒出力）響應(yīng)慢；v2、允許最高轉(zhuǎn)速低允許最高轉(zhuǎn)速低（每一步都作啟、停運(yùn)動）；（每一步都作啟、停運(yùn)動）；v3、精度低（受步距角限制）、精度低（受步距角限制）v4、共振點(diǎn)多，噪聲大；、共振點(diǎn)多，噪聲大；v5、功率小功率小。v在高性能的控制中步進(jìn)電機(jī)正被交流伺服控制取代。在高性能的控制中步進(jìn)電機(jī)正被交流伺服控制取代。只有只有A相通電相通電A相電流大于相電流大于B相相B相電流大于相電

15、流大于A 相相AA B BCC C 4321AA B BCC C 43214321AA B BCC C 5.1.7 步距角的細(xì)分技術(shù)步距角的細(xì)分技術(shù) 步距角的細(xì)分技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)的步距角的細(xì)分技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)的D/A控制兩相控制兩相電流的比例來實(shí)現(xiàn)細(xì)分。例電流的比例來實(shí)現(xiàn)細(xì)分。例A相電流按相電流按1、7/8、6/8、5/8、4/8、3/8、2/8、1/8、0遞減；遞減；B相電流則按相電流則按0、1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8、1遞增。就可以遞增。就可以把把1拍細(xì)分成拍細(xì)分成8拍。拍。T步步52 交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī) 伺服電動機(jī)的定義：伺服電動機(jī)的定義：能對輸出信號能

16、對輸出信號迅速迅速作出作出相應(yīng)相應(yīng)反應(yīng)的電機(jī)反應(yīng)的電機(jī)稱為伺服電動機(jī)。稱為伺服電動機(jī)。伺服電動機(jī)有交流、直流兩種。伺服電動機(jī)有交流、直流兩種。伺服：伺服：即跟隨。輸出信號跟隨輸入控即跟隨。輸出信號跟隨輸入控制信號作相應(yīng)的變化。制信號作相應(yīng)的變化。伺服電機(jī)的特點(diǎn)伺服電機(jī)的特點(diǎn)v伺服電機(jī)與一般的驅(qū)動電機(jī)相比主要有如下伺服電機(jī)與一般的驅(qū)動電機(jī)相比主要有如下的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：v1、調(diào)速范圍大調(diào)速范圍大（由幾分鐘一轉(zhuǎn)到每分鐘上萬（由幾分鐘一轉(zhuǎn)到每分鐘上萬轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)）v2、轉(zhuǎn)子的慣性小轉(zhuǎn)子的慣性?。崔D(zhuǎn)動慣量小）；（即轉(zhuǎn)動慣量?。籿3、控制功率小、過載能力強(qiáng)控制功率小、過載能力強(qiáng)；交流伺服電動機(jī)的交流伺服電動

17、機(jī)的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：q實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：兩相異步電動機(jī)（與單相異步機(jī)相似）。兩相異步電動機(jī)（與單相異步機(jī)相似）。組成：組成：定子（勵(lì)磁繞組、控制繞組），轉(zhuǎn)子（細(xì)定子（勵(lì)磁繞組、控制繞組），轉(zhuǎn)子（細(xì)長形，或杯型，減小轉(zhuǎn)動慣量）長形，或杯型，減小轉(zhuǎn)動慣量）。杯形轉(zhuǎn)子：杯形轉(zhuǎn)子：可看成無數(shù)導(dǎo)條組成的鼠籠轉(zhuǎn)子可看成無數(shù)導(dǎo)條組成的鼠籠轉(zhuǎn)子。縱縱橫橫剖剖面面圖圖511 兩相交流伺服電機(jī)兩相交流伺服電機(jī)v 兩相交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)兩相交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)與普通異步電機(jī)差不多，與普通異步電機(jī)差不多，為為提高響應(yīng)的快速性，轉(zhuǎn)子做提高響應(yīng)的快速性，轉(zhuǎn)子做成細(xì)長形或空心杯形。成細(xì)長形或空心杯形。定子定子繞組與單相電容式異步電動繞組與

18、單相電容式異步電動機(jī)類似，把機(jī)類似，把兩個(gè)繞組在空間兩個(gè)繞組在空間上布置成互成上布置成互成900電角度電角度(空空間角度與電角度的關(guān)系：為間角度與電角度的關(guān)系：為空間角度空間角度=電角度電角度/極對數(shù)極對數(shù))，其中一個(gè)為勵(lì)磁繞組，其中一個(gè)為勵(lì)磁繞組WF，另一個(gè)為控制繞組，另一個(gè)為控制繞組WC（提供動力），（提供動力），分別接在兩分別接在兩個(gè)頻率相同但頻率可變的電個(gè)頻率相同但頻率可變的電源上，形成旋轉(zhuǎn)磁場。源上，形成旋轉(zhuǎn)磁場。v 其其工工作作原原理理以以分分相相式式單單相相異異步步電電動動機(jī)機(jī)的的原原理理為為基基礎(chǔ)礎(chǔ)，勵(lì)勵(lì)磁磁繞繞組組接接到到電電壓壓一一定定的的交交流流電電網(wǎng)網(wǎng)上上，控控制制繞繞

19、組組接接到到控控制制電電壓壓UC上上，當(dāng)當(dāng)有有控控制制信信號號輸輸入入時(shí)時(shí)，兩兩相相繞繞組組便便產(chǎn)產(chǎn)生生旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場。該該磁磁場場與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子中中的的感感應(yīng)應(yīng)電電流流相相互互作作用用產(chǎn)產(chǎn)生生轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩，使使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子跟跟著著旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場以以一一定定的的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)動起來，轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)動起來，v其其同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 n060fpv 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向與與旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場的的方方向向相相同同，把把控控制制電電壓壓的的相相位位改改變變180180。則則可可改改變變伺伺服服電電動動機(jī)機(jī)的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)方方向向。例例如如給給下下圖圖的的控控制制電電壓壓，電電機(jī)機(jī)作作連連續(xù)續(xù)的正反轉(zhuǎn)。的正反轉(zhuǎn)。v 對對伺伺服服

20、電電動動機(jī)機(jī)的的要要求求是是：控控制制電電壓壓一一旦旦取取消消，電電動動機(jī)機(jī)必必須須立立即即停停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。但但根根據(jù)據(jù)單單相相異異步步電電動動機(jī)機(jī)的的原原理理，電電動動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子一一旦旦轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動以以后后，再再取取消消控控制制電電壓壓，僅僅勵(lì)勵(lì)磁磁電電壓壓單單相相供供電電，電電機(jī)機(jī)仍仍將將繼繼續(xù)續(xù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動，即即存存在在“自自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)”現(xiàn)現(xiàn)象象，這這意意味味著著失失去去控控制制作作用用，這這是是不不允許的。允許的。5 513 消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的措施 從三相異步電動機(jī)從三相異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性可知，的人為機(jī)械特性可知，加大轉(zhuǎn)子電阻可改變電加大轉(zhuǎn)子電阻可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性動機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)

21、矩特性（見圖（見圖63），），轉(zhuǎn)子電轉(zhuǎn)子電阻增大到一定程度，可阻增大到一定程度，可使最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在使最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在s1附近。附近。v 為此目的，通常把為此目的，通常把伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻阻R2設(shè)計(jì)得很大設(shè)計(jì)得很大，使，使電動機(jī)在失去控制電電動機(jī)在失去控制電壓時(shí)，亦即成單相運(yùn)壓時(shí)，亦即成單相運(yùn)行時(shí)，行時(shí)，正轉(zhuǎn)矩或負(fù)轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)矩或負(fù)轉(zhuǎn)矩的最大值均出現(xiàn)在矩的最大值均出現(xiàn)在S1的地方的地方，這樣可得，這樣可得出圖出圖64所示的機(jī)械特所示的機(jī)械特性曲線。性曲線。v 圖圖64中曲線中曲線1為有控為有控制電壓時(shí)伺服電機(jī)的機(jī)械制電壓時(shí)伺服電機(jī)的機(jī)械特性曲線，曲線特性曲線，曲線T和和T為去掉控制電

22、壓后，脈動為去掉控制電壓后，脈動磁場分解為正、反兩個(gè)旋磁場分解為正、反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)磁場Bm1、Bm2對應(yīng)產(chǎn)生對應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線。的轉(zhuǎn)矩曲線。曲線曲線T為去為去掉控制電壓掉控制電壓Uc 后單相供電后單相供電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩曲線。時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩曲線。從圖從圖看出，它與單相供電的異看出，它與單相供電的異步電機(jī)合成轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特步電機(jī)合成轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特性曲線不同，性曲線不同，合成力矩合成力矩T在第二和和第四象限內(nèi)。在第二和和第四象限內(nèi)。v 當(dāng)速度為正時(shí)，當(dāng)速度為正時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T為負(fù)，當(dāng)為負(fù)，當(dāng)速度為負(fù)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)速度為負(fù)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩矩T為正，即為正，即去掉控去掉控制電壓后，單相供電制電壓后，單相供電時(shí)的

23、電磁轉(zhuǎn)矩的方向時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩的方向總是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，總是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，是一制動轉(zhuǎn)矩。是一制動轉(zhuǎn)矩。因此，因此，可使轉(zhuǎn)子迅速停止?？墒罐D(zhuǎn)子迅速停止。v 若去掉控制電壓時(shí)，同時(shí)去掉勵(lì)磁，則電若去掉控制電壓時(shí)，同時(shí)去掉勵(lì)磁，則電機(jī)失去制動轉(zhuǎn)矩，因此，機(jī)失去制動轉(zhuǎn)矩，因此，兩相交流伺服電機(jī)兩相交流伺服電機(jī)工作時(shí)，勵(lì)磁繞組始終與電源連接。工作時(shí)，勵(lì)磁繞組始終與電源連接。加大轉(zhuǎn)加大轉(zhuǎn)子電阻還帶來穩(wěn)定調(diào)速段加寬，啟動轉(zhuǎn)矩提子電阻還帶來穩(wěn)定調(diào)速段加寬，啟動轉(zhuǎn)矩提高，的好處，有利于提高電機(jī)的啟動性能。高，的好處，有利于提高電機(jī)的啟動性能。沒有啟沒有啟動轉(zhuǎn)矩動轉(zhuǎn)矩有啟有啟動轉(zhuǎn)矩動轉(zhuǎn)矩調(diào)速范調(diào)速范圍小圍小n0ns

24、調(diào)速范調(diào)速范圍大圍大0n0513兩相交流伺服電機(jī)的控制方法兩相交流伺服電機(jī)的控制方法 兩相交流伺服電機(jī)的控制方法主要采用調(diào)幅控制，兩相交流伺服電機(jī)的控制方法主要采用調(diào)幅控制，即改變控制電壓即改變控制電壓UC的控制方式。的控制方式。其特性見圖其特性見圖66。圖中圖中n0 為什么隨控制電壓變化，而不是象圖為什么隨控制電壓變化，而不是象圖524那那樣，保持樣，保持n0不變，是因?yàn)檗D(zhuǎn)子電阻很大，不變，是因?yàn)檗D(zhuǎn)子電阻很大，Sm1，單勵(lì)磁繞組工作產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩的原因。單勵(lì)磁繞組工作產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩的原因。其它交流伺服電機(jī)其它交流伺服電機(jī) （多為三相電機(jī)）（多為三相電機(jī)）514 伺服電機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用伺服電機(jī)在控

25、制系統(tǒng)中的應(yīng)用 v伺服控制分為：伺服控制分為：v位置伺服：位置伺服：以保證位置精度為控制目標(biāo)；以保證位置精度為控制目標(biāo)；v速度伺服：速度伺服：以保證速度精度為控制目標(biāo)；以保證速度精度為控制目標(biāo)；v加速度伺服：加速度伺服：以保證加速度精度為控制目標(biāo)；以保證加速度精度為控制目標(biāo)；v力伺服：力伺服：以保證力或力矩精度為控制目標(biāo)；以保證力或力矩精度為控制目標(biāo)；v 不管伺服控制的最終對象是什么，但對不管伺服控制的最終對象是什么，但對電機(jī)而言，不外乎是位置、速度、加速度、電機(jī)而言，不外乎是位置、速度、加速度、力矩控制。力矩控制。通過閥門控制流量其實(shí)質(zhì)是控制通過閥門控制流量其實(shí)質(zhì)是控制電機(jī)轉(zhuǎn)角（位置伺服）；

26、自動瞄準(zhǔn)火炮控制電機(jī)轉(zhuǎn)角（位置伺服）；自動瞄準(zhǔn)火炮控制是速度伺服；振動試驗(yàn)臺是加速度伺服；造是速度伺服；振動試驗(yàn)臺是加速度伺服；造紙生產(chǎn)中的紙厚控制，是力矩控制（恒張力紙生產(chǎn)中的紙厚控制，是力矩控制（恒張力控制）；用機(jī)械手夾剛性較軟的薄壁件、或控制）；用機(jī)械手夾剛性較軟的薄壁件、或硬度強(qiáng)度較差的物體，例如雞蛋、玻璃杯等硬度強(qiáng)度較差的物體，例如雞蛋、玻璃杯等需要控制力的大小，也是力矩控制。需要控制力的大小，也是力矩控制?？刂葡到y(tǒng)組成的一般框圖控制系統(tǒng)組成的一般框圖速度、位置雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)速度、位置雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)v這是一個(gè)速度、位置雙閉環(huán)的控制系統(tǒng)。速度環(huán)是內(nèi)環(huán)，位置這是一個(gè)速度、位置雙閉環(huán)的

27、控制系統(tǒng)。速度環(huán)是內(nèi)環(huán)，位置環(huán)是外環(huán)。環(huán)是外環(huán)。多環(huán)的控制系統(tǒng)，最終要保證的物理量放在最外環(huán)。多環(huán)的控制系統(tǒng)，最終要保證的物理量放在最外環(huán)。內(nèi)環(huán)是改善動態(tài)品質(zhì)，外話環(huán)是保證控制目標(biāo)的精度。內(nèi)環(huán)是改善動態(tài)品質(zhì)，外話環(huán)是保證控制目標(biāo)的精度。當(dāng)把外當(dāng)把外環(huán)傳感器換成力傳感器，則系統(tǒng)成為力伺服控制系統(tǒng)。在圖環(huán)傳感器換成力傳感器，則系統(tǒng)成為力伺服控制系統(tǒng)。在圖6 67 7中在位置傳感器的輸出端加一微分電路就成為速度反饋，中在位置傳感器的輸出端加一微分電路就成為速度反饋，系統(tǒng)則成為速度伺服；在此基礎(chǔ)上再加一級微分電路，就成為系統(tǒng)則成為速度伺服；在此基礎(chǔ)上再加一級微分電路，就成為加速度反饋，系統(tǒng)則成為加速度

28、伺服。當(dāng)反饋元件選用了位置、加速度反饋，系統(tǒng)則成為加速度伺服。當(dāng)反饋元件選用了位置、速度、加速度傳感器中的任一種，經(jīng)過適當(dāng)?shù)碾娐诽幚恚伎伤俣?、加速度傳感器中的任一種，經(jīng)過適當(dāng)?shù)碾娐诽幚?，都可得到另外兩個(gè)物理量。得到另外兩個(gè)物理量。力傳感器力傳感器二階微分二階微分更詳細(xì)的方框圖更詳細(xì)的方框圖v 采用復(fù)雜的控制采用復(fù)雜的控制系統(tǒng)系統(tǒng) 其目的是為了其目的是為了改善系統(tǒng)的動態(tài)品改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)。質(zhì)。所謂改善動態(tài)所謂改善動態(tài)品質(zhì)是指：提高響品質(zhì)是指：提高響應(yīng)速度；減少震蕩應(yīng)速度；減少震蕩次數(shù)；減小超調(diào)量；次數(shù)；減小超調(diào)量；縮短調(diào)整時(shí)間。例縮短調(diào)整時(shí)間。例如定位控制，如定位控制，1的的控制就比控制就比

29、2好。好。12原理：原理：與普通直流電機(jī)完全相同。與普通直流電機(jī)完全相同。所不同的是電樞電阻大，機(jī)械特所不同的是電樞電阻大，機(jī)械特性軟、線性（電阻大，可弱磁起性軟、線性（電阻大，可弱磁起動、可直接起動）。動、可直接起動）?？刂品绞剑嚎刂品绞剑?.電樞控制（常用）；電樞控制（常用）；2.勵(lì)磁控制（少用）。勵(lì)磁控制（少用）。直流伺服電動機(jī)直流伺服電動機(jī)的兩種控制方式的兩種控制方式52直流伺服電動機(jī)（自學(xué)）直流伺服電動機(jī)（自學(xué)）電樞控制電樞控制勵(lì)磁控制勵(lì)磁控制 與與交交流流伺伺服服電電動動機(jī)機(jī)（電電壓壓控控制制）的的特特性性相相比比，直直流流伺伺服服電電動動機(jī)機(jī)的的nT特特性性是是一一直直線線，特性

30、硬。特性硬。缺點(diǎn)是有電刷。見圖缺點(diǎn)是有電刷。見圖68、圖、圖6953力矩電機(jī)力矩電機(jī) v伺服電動機(jī)都要求轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，這是基于兩點(diǎn)：伺服電動機(jī)都要求轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，這是基于兩點(diǎn)：1 1、相相同同功功率率的的電電動動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速越越高高電電機(jī)機(jī)體體積積越越小小、重重量量越越輕輕、價(jià)價(jià)格格越越低低；采采用用高高速速電電機(jī)機(jī)與與大大減減速速比比的的減減速速器器配配合合，以以滿滿足足執(zhí)執(zhí)行行機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)所所需需的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速和和力力矩矩，比比直直接接采采用用低低速速電電機(jī)機(jī)，無無論論體體積積、重重量量、價(jià)價(jià)格格都都有有優(yōu)優(yōu)勢勢。（因因?yàn)闉闇p減速速器器材材料料可可通通過過熱熱處處理理、和和選選用用合合金金材

31、材料料提提高高性性能能，減減小小體體積積減減輕輕重重量量，而而電電機(jī)機(jī)必必須須用用矽矽鋼鋼片片；此此外外，普普通鋼材比電機(jī)材料如：矽鋼片、銅、鋁便宜）；通鋼材比電機(jī)材料如：矽鋼片、銅、鋁便宜）；v2、由于、由于采用大減速器比，負(fù)載及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣采用大減速器比，負(fù)載及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量量JL折算到電機(jī)軸上很小折算到電機(jī)軸上很小、（電機(jī)所需克服靜負(fù)載的（電機(jī)所需克服靜負(fù)載的力矩也?。?。而電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量成為系統(tǒng)的主要慣量。力矩也小）。而電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量成為系統(tǒng)的主要慣量。v例如：某負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量是電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣例如：某負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量是電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量的量的10倍，若取減速比為倍，若取減速比為5，折

32、算到電機(jī)軸上，折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量僅為電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量的的等效轉(zhuǎn)動慣量僅為電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量的2/5）。在第二章曾經(jīng)提過，）。在第二章曾經(jīng)提過，要使系統(tǒng)響應(yīng)最要使系統(tǒng)響應(yīng)最快，動態(tài)電流最小，必須使負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量快，動態(tài)電流最小，必須使負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量折算到電機(jī)軸上的等效慣量折算到電機(jī)軸上的等效慣量J/L等于電機(jī)轉(zhuǎn)子等于電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量的轉(zhuǎn)動慣量JD。因此，必須減小電機(jī)轉(zhuǎn)子的。因此，必須減小電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。轉(zhuǎn)動慣量。帶減速機(jī)構(gòu)傳動存在的問題帶減速機(jī)構(gòu)傳動存在的問題v 伺服系統(tǒng)對間隙非伺服系統(tǒng)對間隙非常敏感，會造成控制常敏感，會造成控制死區(qū)，引起振蕩。死區(qū)，引起振蕩。采采用減速器減速傳動

33、難用減速器減速傳動難免存在間隙免存在間隙,因此容易因此容易產(chǎn)生振蕩。產(chǎn)生振蕩。間隙引起間隙引起振蕩的原因是執(zhí)行機(jī)振蕩的原因是執(zhí)行機(jī)構(gòu)對控制信號響應(yīng)滯構(gòu)對控制信號響應(yīng)滯后后引起的。引起的。v 例如例如A、B分別是一對齒分別是一對齒輪的主動輪和從動輪，在從輪的主動輪和從動輪，在從動輪上裝有速度傳感器，動輪上裝有速度傳感器，A、B之間有間隙之間有間隙X，當(dāng)控制系，當(dāng)控制系統(tǒng)通過速度傳感器測得轉(zhuǎn)速統(tǒng)通過速度傳感器測得轉(zhuǎn)速過快時(shí)，控制主動輪過快時(shí)，控制主動輪A減速，減速，而從動輪而從動輪B由于存在間隙并由于存在間隙并未跟著減速，這時(shí)，從速度未跟著減速，這時(shí)，從速度傳感器檢測到的速度不變，傳感器檢測到的速

34、度不變，當(dāng)主動輪減到速度合適時(shí)控當(dāng)主動輪減到速度合適時(shí)控制系統(tǒng)仍誤認(rèn)為減速不夠制系統(tǒng)仍誤認(rèn)為減速不夠,命令主動輪命令主動輪A進(jìn)一步減速，進(jìn)一步減速，經(jīng)過經(jīng)過t=X/(v2-v1)的時(shí)間，的時(shí)間，間隙已經(jīng)消除，間隙已經(jīng)消除，v 從動輪從動輪B開始隨著開始隨著A減速，減速，這時(shí)速度傳感器檢測到實(shí)際這時(shí)速度傳感器檢測到實(shí)際速度已比所需的速度低，控速度已比所需的速度低，控制系統(tǒng)控制主動輪制系統(tǒng)控制主動輪A加速，加速，而從動輪而從動輪B同樣由于存在間同樣由于存在間隙并未跟隨，這時(shí)，從速度隙并未跟隨，這時(shí)，從速度傳感器檢測到的速度不變，傳感器檢測到的速度不變，控制系統(tǒng)誤認(rèn)為加速不夠控制系統(tǒng)誤認(rèn)為加速不夠,

35、命令主動輪命令主動輪A進(jìn)一步加速，進(jìn)一步加速，經(jīng)過經(jīng)過t=X/(v1-v2)的時(shí)間，間的時(shí)間，間隙消除，從動輪隙消除，從動輪B開始隨著開始隨著A加速，這時(shí)，實(shí)際速度又加速，這時(shí)，實(shí)際速度又已超過合適的速度，如此反已超過合適的速度，如此反復(fù)，形成振蕩。復(fù)，形成振蕩。v反向時(shí)則引起滯后反向時(shí)則引起滯后。當(dāng)主動輪當(dāng)主動輪A反向時(shí)，由反向時(shí)，由于存在間隙從動輪于存在間隙從動輪B并并未跟隨反向，經(jīng)過未跟隨反向，經(jīng)過t=X/（v1+v2）的時(shí)間，間的時(shí)間，間隙消除，從動輪隙消除，從動輪B才才開開始隨著主動輪始隨著主動輪A反向。反向。此外，此外，間隙還引起沖間隙還引起沖擊和噪聲擊和噪聲。解決間隙引起的振蕩的

36、方法解決間隙引起的振蕩的方法1 1、在控制系統(tǒng)中加入延時(shí)時(shí)間、在控制系統(tǒng)中加入延時(shí)時(shí)間t=X/v，當(dāng)控制，當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令后，延時(shí)系統(tǒng)發(fā)出控制指令后，延時(shí)t=X/v再進(jìn)行速再進(jìn)行速度比較（度比較（X是是間隙，間隙，v是速度差）；是速度差）；2 2、把速度傳感器裝在主動輪、把速度傳感器裝在主動輪A上，但影響控制上，但影響控制精度，有大小為精度，有大小為X的誤差；的誤差；3 3、采用直接傳動，消除間隙。、采用直接傳動，消除間隙。采用直接傳動要解決兩個(gè)問題：采用直接傳動要解決兩個(gè)問題：1 1、大大力力矩矩 由由于于沒沒有有減減速速器器的的增增力力作作用用，一一般的控制電機(jī)力矩不夠；般的控制電機(jī)

37、力矩不夠；2 2、低低轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 由由于于沒沒有有減減速速器器，一一般般的的電電機(jī)機(jī)達(dá)達(dá)不到所需的低轉(zhuǎn)速。不到所需的低轉(zhuǎn)速。力矩電機(jī)是基于這一要求而設(shè)計(jì)的。力矩電機(jī)是基于這一要求而設(shè)計(jì)的。力矩電機(jī)的特點(diǎn)：力矩電機(jī)的特點(diǎn)：1 1、力矩大；、力矩大；2、轉(zhuǎn)速低；、轉(zhuǎn)速低；3、結(jié)構(gòu)上直徑、結(jié)構(gòu)上直徑D D大大,長度長度L L短（轉(zhuǎn)動慣量大）。短（轉(zhuǎn)動慣量大）。v 力矩力矩電電機(jī)做成大直機(jī)做成大直徑，一方面是采用直接徑，一方面是采用直接傳動傳動，電電機(jī)的機(jī)的轉(zhuǎn)動慣轉(zhuǎn)動慣量量比比負(fù)載負(fù)載的的轉(zhuǎn)動慣轉(zhuǎn)動慣量小得量小得多。仍以上面的例子多。仍以上面的例子分分析析，電電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的子的轉(zhuǎn)動慣轉(zhuǎn)動慣量量僅為負(fù)載僅

38、為負(fù)載的的1/101/10；另一方面從電機(jī)力矩與直徑關(guān)系：另一方面從電機(jī)力矩與直徑關(guān)系：T=BIaNLD/2 當(dāng)當(dāng)BIa NL/2 不變時(shí)，不變時(shí)，T D，而由運(yùn)動電動勢公式：而由運(yùn)動電動勢公式：ea=BLv ea 感應(yīng)電動勢；感應(yīng)電動勢；v轉(zhuǎn)子導(dǎo)體線速度；轉(zhuǎn)子導(dǎo)體線速度；v=D n/60 n0=v60/D=U60/BLD ea=U （空載時(shí)）（空載時(shí)）n0 1/D 加大直徑加大直徑D有利于增加電機(jī)力矩和降有利于增加電機(jī)力矩和降低空載轉(zhuǎn)速。且對系統(tǒng)響應(yīng)的快速性影低空載轉(zhuǎn)速。且對系統(tǒng)響應(yīng)的快速性影響不大。響不大。這是為什么力矩電機(jī)做成大直這是為什么力矩電機(jī)做成大直徑的原因。徑的原因。v自整角機(jī)，

39、正被絕對位置光電編碼器取代。自整角機(jī)，正被絕對位置光電編碼器取代。把兩把兩臺電機(jī)上的光電編碼器輸出編碼臺電機(jī)上的光電編碼器輸出編碼D DA A、D DB B（二進(jìn)制（二進(jìn)制或其他進(jìn)制編碼）進(jìn)行數(shù)值比較，即可求出兩者或其他進(jìn)制編碼）進(jìn)行數(shù)值比較，即可求出兩者的角度差，再加以放大，用于驅(qū)動從動電機(jī)。的角度差，再加以放大，用于驅(qū)動從動電機(jī)。U=KU=K（D DA AD DB B），相當(dāng)于，相當(dāng)于U=KU=K（E EA AE EB B ）5 55 5 直線電動機(jī)直線電動機(jī) （自學(xué)）（自學(xué)）v直線電動機(jī)的原直線電動機(jī)的原理，相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)理，相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿著半徑方向電機(jī)沿著半徑方向剖開，把定、轉(zhuǎn)子剖開

40、，把定、轉(zhuǎn)子展成平面而成。展成平面而成。直直線電機(jī)可以直接帶線電機(jī)可以直接帶動機(jī)械作直線運(yùn)動動機(jī)械作直線運(yùn)動。異步直線電機(jī)工作原理異步直線電機(jī)工作原理滾珠絲桿驅(qū)動與直線電機(jī)驅(qū)動的比較滾珠絲桿驅(qū)動與直線電機(jī)驅(qū)動的比較滑板的結(jié)構(gòu)機(jī)床立柱機(jī)床立柱機(jī)床立柱機(jī)床立柱直線電動機(jī)直線電動機(jī)直線電動機(jī)直線電動機(jī)滑滑滑滑 板板板板萬向鉸鏈萬向鉸鏈萬向鉸鏈萬向鉸鏈桿桿桿桿 件件件件介紹幾種新電機(jī)介紹幾種新電機(jī)球電動機(jī)工作原理球電動機(jī)工作原理這是一種概念這是一種概念電機(jī)，還沒有電機(jī)，還沒有正式產(chǎn)品。正式產(chǎn)品。電滾珠絲桿電滾珠絲桿（轉(zhuǎn)子做成絲桿）（轉(zhuǎn)子做成絲桿）采用先進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的并行機(jī)床采用先進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的并行機(jī)床5.

41、6目前常用的軸角速度的檢測方法目前常用的軸角速度的檢測方法v光電編碼器是軸角速光電編碼器是軸角速度檢測最常用的方法。度檢測最常用的方法。分增量式和絕對式兩種。分增量式和絕對式兩種。增量式增量式只能確定相對位只能確定相對位置且有累積誤差置且有累積誤差，絕對絕對式式可確定絕對位置，且可確定絕對位置，且沒有累積誤差。沒有累積誤差。前者簡前者簡單后者復(fù)雜。單后者復(fù)雜。光電編碼器光電編碼器 絕對式編碼器絕對式編碼器（a）二進(jìn)制碼盤）二進(jìn)制碼盤 （b）葛雷碼盤）葛雷碼盤v光電編碼器測速方法：光電編碼器測速方法：v1、測單位時(shí)間的脈沖個(gè)測單位時(shí)間的脈沖個(gè)數(shù)數(shù)（稱為（稱為M法），轉(zhuǎn)速越法），轉(zhuǎn)速越高精度越高，

42、適合測高速；高精度越高，適合測高速；v2、測量兩脈沖之間的時(shí)測量兩脈沖之間的時(shí)間間（稱為（稱為T法），轉(zhuǎn)速越法），轉(zhuǎn)速越低精度越高，適合低速。低精度越高，適合低速。v3、既測單位時(shí)間的脈沖既測單位時(shí)間的脈沖個(gè)數(shù)又測兩脈沖之間的時(shí)個(gè)數(shù)又測兩脈沖之間的時(shí)間間（稱為（稱為M-T法）適合大法）適合大調(diào)速范圍的轉(zhuǎn)速測量。調(diào)速范圍的轉(zhuǎn)速測量。vf c時(shí)鐘脈沖；脈沖；vT g規(guī)定的定的測量量時(shí)間；vT tach編碼器脈沖器脈沖周期；周期；vT檢測時(shí)間；vnM被被測轉(zhuǎn)速；速；vm1規(guī)定的定的測量量時(shí)間內(nèi)內(nèi)計(jì)數(shù)器數(shù)器對編碼器器的脈沖的脈沖計(jì)數(shù)數(shù)值；vm2計(jì)數(shù)器數(shù)器對時(shí)鐘脈沖脈沖頻率率f c的脈沖的脈沖計(jì)數(shù)數(shù)值；

43、vP編碼器每器每轉(zhuǎn)脈脈沖數(shù)；沖數(shù)；三種測速方法的比較：三種測速方法的比較：v在在轉(zhuǎn)動盤上開上開出一等出一等進(jìn)螺螺線柵縫，光源通，光源通過螺螺線狀狀柵縫和固定和固定柵縫后后變成一光成一光點(diǎn)，隨著點(diǎn)，隨著軸的的轉(zhuǎn)動，光點(diǎn)在感光，光點(diǎn)在感光面上上下移面上上下移動。在感光面上安裝在感光面上安裝位置位置檢測元件，元件，即可即可測出出軸的的轉(zhuǎn)角及角速度。角及角速度。光電式角度傳感器光電式角度傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器 作用：作用：將輸入的角度信號轉(zhuǎn)換成高精度的電壓信號輸出。將輸入的角度信號轉(zhuǎn)換成高精度的電壓信號輸出。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：定、轉(zhuǎn)子均有兩個(gè)在空間上互相垂直的繞組。定、轉(zhuǎn)子均有兩個(gè)在空間上互相垂直的繞組

44、。原理：原理：當(dāng)給定子繞組輸入一交流參考電壓（勵(lì)磁電壓當(dāng)給定子繞組輸入一交流參考電壓（勵(lì)磁電壓)，則，則轉(zhuǎn)子繞組也會感應(yīng)出一個(gè)交變電壓，且當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組與定子繞轉(zhuǎn)子繞組也會感應(yīng)出一個(gè)交變電壓，且當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組平行時(shí)，電壓最大，與定子繞組垂直時(shí)，電壓為零。隨著組平行時(shí)，電壓最大，與定子繞組垂直時(shí)，電壓為零。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的一個(gè)繞組感應(yīng)電壓為正弦波，則另一繞轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的一個(gè)繞組感應(yīng)電壓為正弦波，則另一繞組感應(yīng)波為余弦波。組感應(yīng)波為余弦波。e s=k U m sint sin;e c=k U m sint con(為載波頻率），為載波頻率），對上兩式進(jìn)行相敏解調(diào)后得：對上兩式進(jìn)行相敏解

45、調(diào)后得：e s=U m sin;e c=Um con 定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子把把 e s、e c倒相后，倒相后，利用它們的過利用它們的過0點(diǎn)和等值點(diǎn)把一個(gè)周期分為點(diǎn)和等值點(diǎn)把一個(gè)周期分為8個(gè)區(qū)域（卦限），個(gè)區(qū)域（卦限），并用并用3位二進(jìn)制碼對位二進(jìn)制碼對8個(gè)卦限進(jìn)行編碼，再個(gè)卦限進(jìn)行編碼，再結(jié)合結(jié)合A/D 測出各卦限的軸角。即可得到軸角的絕對位置。測出各卦限的軸角。即可得到軸角的絕對位置。v這種處理方法類似于尺子，各卦限的編碼相當(dāng)于寸的這種處理方法類似于尺子，各卦限的編碼相當(dāng)于寸的刻度，刻度，A/D 采樣值相當(dāng)于厘的數(shù)值。各卦限的編碼由采樣值相當(dāng)于厘的數(shù)值。各卦限的編碼由下面的邏輯電路實(shí)現(xiàn)。分辨率等

46、于下面的邏輯電路實(shí)現(xiàn)。分辨率等于8乘乘A/D 的數(shù)值。若的數(shù)值。若一圈有一圈有N個(gè)繞組，個(gè)繞組，A/D的位數(shù)的位數(shù)n位，分辨率等于位，分辨率等于8N2 n。速度速度(Di Di-1)/t感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器由稱為平面旋轉(zhuǎn)變壓器，所不同的是感應(yīng)同步器由稱為平面旋轉(zhuǎn)變壓器，所不同的是其繞組是由印刷電路圖形做成，定子有多個(gè)繞組其繞組是由印刷電路圖形做成，定子有多個(gè)繞組組成，其工作原理與旋轉(zhuǎn)變壓器相似。直線分辨組成，其工作原理與旋轉(zhuǎn)變壓器相似。直線分辨率可達(dá)率可達(dá)1，角度可達(dá)，角度可達(dá)0.5“。定子由相差定子由相差90的參考的參考電壓供供電，把，把轉(zhuǎn)子感子感應(yīng)電壓送送進(jìn)相位比相位比較器后器后

47、輸出與出與轉(zhuǎn)角成正比的脈沖。角成正比的脈沖。磁編碼器磁編碼器v 由于磁場強(qiáng)度相對于固定的霍爾傳由于磁場強(qiáng)度相對于固定的霍爾傳感器而言，是按余弦規(guī)律變化，其數(shù)值感器而言，是按余弦規(guī)律變化，其數(shù)值恰好反映轉(zhuǎn)角的變化，兩次采樣的時(shí)間恰好反映轉(zhuǎn)角的變化，兩次采樣的時(shí)間間隔間隔dT 與兩次采樣數(shù)值的差之比，即為與兩次采樣數(shù)值的差之比，即為轉(zhuǎn)速，當(dāng)前采樣值的反三角函數(shù)值為當(dāng)轉(zhuǎn)速，當(dāng)前采樣值的反三角函數(shù)值為當(dāng)前絕對位置。前絕對位置。這種傳感器，響應(yīng)快、允這種傳感器，響應(yīng)快、允許工作速度高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、價(jià)格許工作速度高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、價(jià)格低；但位置精度稍差。低；但位置精度稍差。v這是一種最新的轉(zhuǎn)速位置檢

48、測傳感器在這是一種最新的轉(zhuǎn)速位置檢測傳感器在一塊圓形的一塊圓形的永磁體上，上半圓充成永磁體上，上半圓充成N極，下半圓充成極，下半圓充成S極，極，用一個(gè)霍爾傳感器檢測磁場的變化，通過內(nèi)置用一個(gè)霍爾傳感器檢測磁場的變化，通過內(nèi)置單片機(jī)的單片機(jī)的A/D把磁場強(qiáng)度的變化進(jìn)行處理，從而把磁場強(qiáng)度的變化進(jìn)行處理，從而測出轉(zhuǎn)速和位置。測出轉(zhuǎn)速和位置。本章參考文獻(xiàn)本章參考文獻(xiàn)v現(xiàn)代直流伺服控制技術(shù)及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)代直流伺服控制技術(shù)及其系統(tǒng)設(shè)計(jì) 秦繼榮編著秦繼榮編著 機(jī)械工業(yè)機(jī)械工業(yè)出版社出版社 1993 v機(jī)電一體化實(shí)用手冊機(jī)電一體化實(shí)用手冊 日日 三浦宏文主編三浦宏文主編 科學(xué)出版社科學(xué)出版社 2001v并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床 張曙著張曙著 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 2003