控制電機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)

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1、會(huì)計(jì)學(xué)1控制電機(jī)控制電機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)第第10章章 控制電機(jī)控制電機(jī) 教學(xué)要求：教學(xué)要求：教學(xué)要求：教學(xué)要求：1.1.了解交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。2.2.了解直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。3.3.了解交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。4.4.了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)

2、構(gòu)和工作原理。了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。第1頁/共35頁 前前前前面面面面介介介介紹紹紹紹的的的的異異異異步步步步電電電電動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)機(jī)機(jī)、直直直直流流流流電電電電動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)機(jī)機(jī)等等等等都都都都是是是是作為動(dòng)力使用的，其主要任務(wù)是能量的轉(zhuǎn)換。作為動(dòng)力使用的，其主要任務(wù)是能量的轉(zhuǎn)換。作為動(dòng)力使用的，其主要任務(wù)是能量的轉(zhuǎn)換。作為動(dòng)力使用的，其主要任務(wù)是能量的轉(zhuǎn)換。各種控制電機(jī)有各自的控制任務(wù)：各種控制電機(jī)有各自的控制任務(wù)：各種控制電機(jī)有各自的控制任務(wù)：各種控制電機(jī)有各自的控制任務(wù)：如如如如:伺服電動(dòng)機(jī)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速

3、以驅(qū)伺服電動(dòng)機(jī)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)伺服電動(dòng)機(jī)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)伺服電動(dòng)機(jī)將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象；測(cè)速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓，并傳動(dòng)控制對(duì)象；測(cè)速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓，并傳動(dòng)控制對(duì)象；測(cè)速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓，并傳動(dòng)控制對(duì)象；測(cè)速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓，并傳遞到遞到遞到遞到 輸入端作為反饋信號(hào)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將脈沖信號(hào)輸入端作為反饋信號(hào)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將脈沖信號(hào)輸入端作為反饋信號(hào)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將脈沖信號(hào)輸入端作為反饋信號(hào)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。本章介紹的各種本章介紹的各種本章介

4、紹的各種本章介紹的各種控制電機(jī)的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和控制電機(jī)的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和控制電機(jī)的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和控制電機(jī)的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和傳遞控制信號(hào)，傳遞控制信號(hào)，傳遞控制信號(hào)，傳遞控制信號(hào)，能量的轉(zhuǎn)換是次要的。能量的轉(zhuǎn)換是次要的。能量的轉(zhuǎn)換是次要的。能量的轉(zhuǎn)換是次要的?？刂齐姍C(jī)的種類很多，本章只討論常用的幾種控制電機(jī)的種類很多，本章只討論常用的幾種控制電機(jī)的種類很多，本章只討論常用的幾種控制電機(jī)的種類很多，本章只討論常用的幾種:伺服電機(jī)、測(cè)速電機(jī)、自整角機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。伺服電機(jī)、測(cè)速電機(jī)、自整角機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。伺服電機(jī)、測(cè)速電機(jī)、自整角機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。伺服電機(jī)、測(cè)速電機(jī)、自整角機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。對(duì)控制電機(jī)的主要

5、要求：對(duì)控制電機(jī)的主要要求：對(duì)控制電機(jī)的主要要求：對(duì)控制電機(jī)的主要要求：動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確、動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確、動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確、動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確、重量輕、體積小、耗電少、運(yùn)行可靠等。重量輕、體積小、耗電少、運(yùn)行可靠等。重量輕、體積小、耗電少、運(yùn)行可靠等。重量輕、體積小、耗電少、運(yùn)行可靠等。第2頁/共35頁伺服電動(dòng)機(jī)可分為兩類：伺服電動(dòng)機(jī)可分為兩類：伺服電動(dòng)機(jī)可分為兩類：伺服電動(dòng)機(jī)可分為兩類：伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其功能是將輸功能是將輸功能是將輸功能是將輸入的電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移和角入的電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移和角入的電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位

6、移和角入的電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移和角速度，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。速度，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。速度，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。速度，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)10.110.1 伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動(dòng)控伺服電動(dòng)機(jī)可控性好，反應(yīng)迅速。是自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中常用的執(zhí)行元件。第3頁/共35頁10.1.110.1.1 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)就是一臺(tái)交流伺服電動(dòng)機(jī)就是一

7、臺(tái)兩相交流異步電機(jī)。兩相交流異步電機(jī)。它的定子上裝有空間互差它的定子上裝有空間互差9090 的的兩個(gè)繞組：勵(lì)磁繞兩個(gè)繞組：勵(lì)磁繞組和控制繞組，其結(jié)構(gòu)如圖所示。組和控制繞組，其結(jié)構(gòu)如圖所示。勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組控制繞組控制繞組杯形轉(zhuǎn)子杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)定子內(nèi)定子交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖第4頁/共35頁放放大大器器檢檢測(cè)測(cè)元元件件控制信號(hào)控制信號(hào)控制信號(hào)控制信號(hào)+控制繞組控制繞組勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組+1 1 勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容勵(lì)磁繞組串聯(lián)電容C,是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。是為了產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。適當(dāng)選擇電容的大小，可使通入兩個(gè)繞組的電流適當(dāng)選擇電容的大小，可使通

8、入兩個(gè)繞組的電流相位差接近相位差接近9090,從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。從而產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖和相量圖交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖和相量圖交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖和相量圖交流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖和相量圖(a(a）接線圖）接線圖）接線圖）接線圖 1(b)(b)相量圖相量圖相量圖相量圖第5頁/共35頁 工作時(shí)兩個(gè)繞組中產(chǎn)生的電流工作時(shí)兩個(gè)繞組中產(chǎn)生的電流工作時(shí)兩個(gè)繞組中產(chǎn)生的電流工作時(shí)兩個(gè)繞組中產(chǎn)生的電流 和和和和 的的的的相位差近于相位差近于相位差近于相位差近于9090，因此便產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在因此便產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在因此便產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在因此便產(chǎn)生兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的

9、作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(dòng)起來。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(dòng)起來。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(dòng)起來。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(dòng)起來?？刂齐妷嚎刂齐妷嚎刂齐妷嚎刂齐妷?與電源電壓與電源電壓與電源電壓與電源電壓 頻頻頻頻率相同，相位相率相同，相位相率相同，相位相率相同，相位相同或反相。同或反相。同或反相。同或反相。放放大大器器檢檢測(cè)測(cè)元元件件控制信號(hào)控制信號(hào)控制信號(hào)控制信號(hào)+控制繞組控制繞組 加在控制繞組上的控制電壓反相時(shí)加在控制繞組上的控制電壓反相時(shí)加在控制繞組上的控制電壓反相時(shí)加在控制繞組上的控制電壓反相時(shí)(保持勵(lì)保持勵(lì)保持勵(lì)保持勵(lì)磁電壓不變磁電壓不變磁電壓不變磁電壓不變)，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)

10、生變，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生變化，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)?；闺妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。化，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)?；?，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)如果在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)如果在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)如果在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)如果控制電壓變?yōu)榱?，電?dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)?？刂齐妷鹤?yōu)榱?，電?dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)?？刂齐妷鹤?yōu)榱悖妱?dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)。控制電壓變?yōu)榱?，電?dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)。第6頁/共35頁不同控制電壓下的機(jī)械特性曲線不同控制電壓下的機(jī)械特性曲線不同控制電壓下的機(jī)械特性曲線不同控制電壓下的機(jī)械特性曲線n

11、 n=f f(T T),),UU11=常數(shù)常數(shù)常數(shù)常數(shù)T TU U2 20.8 U20.6 U20.40.4 U U2 2on 交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖所示。交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖所示。交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖所示。交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖所示。在勵(lì)磁電壓不變的情況下，隨著控制電壓的在勵(lì)磁電壓不變的情況下，隨著控制電壓的在勵(lì)磁電壓不變的情況下，隨著控制電壓的在勵(lì)磁電壓不變的情況下，隨著控制電壓的下降，特性曲線下移。在同一負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，下降，特性曲線下移。在同一負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，下降，特性曲線下移。在同一負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，下降，特性曲線下移。在同一負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨控制

12、電壓的下降而均勻減小。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨控制電壓的下降而均勻減小。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨控制電壓的下降而均勻減小。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨控制電壓的下降而均勻減小。第7頁/共35頁 交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為交流伺服電機(jī)的輸出功率一般為0.1-100 W，電源頻率分電源頻率分50Hz、400Hz等多種。它的應(yīng)用很等多種。它的應(yīng)用很廣泛，如用廣泛，如用在各種自動(dòng)控制、自動(dòng)記錄等系統(tǒng)中。在各種自動(dòng)控制、自動(dòng)記錄等系統(tǒng)中。應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用:第8頁/共35頁10.1.210.1.2 直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與

13、直流電動(dòng)機(jī)基本相直流電動(dòng)機(jī)基本相直流電動(dòng)機(jī)基本相直流電動(dòng)機(jī)基本相同。只是為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)做得細(xì)長一些。同。只是為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)做得細(xì)長一些。同。只是為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)做得細(xì)長一些。同。只是為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)做得細(xì)長一些。直流伺服電動(dòng)機(jī)的直流伺服電動(dòng)機(jī)的直流伺服電動(dòng)機(jī)的直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理也與直流電動(dòng)機(jī)工作原理也與直流電動(dòng)機(jī)相同。相同。供電方式：供電方式：他勵(lì)供電。勵(lì)磁繞組和電樞分別由兩他勵(lì)供電。勵(lì)磁繞組和電樞分別由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電。個(gè)獨(dú)立的電源供電。U1為勵(lì)磁電壓，為勵(lì)磁電壓，U2為電樞電壓為電樞電壓MU1I1I2U2放放放放大大大大器器器器U+直流伺服電動(dòng)機(jī)的接線圖直流伺服

14、電動(dòng)機(jī)的接線圖第9頁/共35頁由機(jī)械特性可知：由機(jī)械特性可知：由機(jī)械特性可知：由機(jī)械特性可知：(1)(1)一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，當(dāng)磁通一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，當(dāng)磁通一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，當(dāng)磁通一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，當(dāng)磁通 不變時(shí)，不變時(shí)，不變時(shí)，不變時(shí)，U U2 2 n n 。(2)(2)U U2 2=0=0時(shí)，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。時(shí)，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。時(shí)，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。時(shí)，電機(jī)立即停轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)：電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)：電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)：電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)：改變電樞電壓的極性，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。改變電樞電壓的極性，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。改變電樞電壓的極性，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。改變電樞電壓的極性，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。直流伺服電機(jī)的直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性與他勵(lì)直流電機(jī)械特性與他勵(lì)直流電

15、機(jī)相同一樣，也可用下機(jī)相同一樣，也可用下式表示式表示機(jī)械特性曲線如圖所示。機(jī)械特性曲線如圖所示。直流伺服電動(dòng)機(jī)的直流伺服電動(dòng)機(jī)的n=f(T)曲線曲線(U1=常數(shù)常數(shù))U20.8U20.6U20.4U2nTO第10頁/共35頁 直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。通常直流伺服電機(jī)的特性較交流伺服電機(jī)硬。通常應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控應(yīng)用于功率稍大的系統(tǒng)中，如隨動(dòng)系統(tǒng)中的位置控制等。制等。直流伺服電機(jī)輸出功率一般為直流伺服電機(jī)輸出功率一般為1-600W。應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用：第11頁/共35頁10.2 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī) 測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器。在許測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種轉(zhuǎn)

16、速測(cè)量傳感器。在許多自動(dòng)控制系統(tǒng)中，它被用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)裝置的多自動(dòng)控制系統(tǒng)中，它被用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)速，向控制電路提供與轉(zhuǎn)速大小成正比的信轉(zhuǎn)速，向控制電路提供與轉(zhuǎn)速大小成正比的信號(hào)電壓。號(hào)電壓。測(cè)速發(fā)電機(jī)分為交流和直流兩種類型。測(cè)速發(fā)電機(jī)分為交流和直流兩種類型。10.2.110.2.1 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī) 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)又分為同步式和異步式兩交流測(cè)速發(fā)電機(jī)又分為同步式和異步式兩種，這里只分析異步式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作種，這里只分析異步式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理。原理。第12頁/共35頁 1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組輸出繞組輸出繞組 異步式交流測(cè)速發(fā)電

17、機(jī)的結(jié)構(gòu)與杯形轉(zhuǎn)子異步式交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī)相似，它的定子上有兩個(gè)繞組，交流伺服電機(jī)相似，它的定子上有兩個(gè)繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組，一個(gè)是輸出繞組。一個(gè)是勵(lì)磁繞組，一個(gè)是輸出繞組。輸出輸出繞組繞組+勵(lì)磁勵(lì)磁繞組繞組+10.2.110.2.1 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)交流測(cè)速發(fā)電機(jī)第13頁/共35頁 工作時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組接交流電工作時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組接交流電源源U U1 1，由，由 U U1 1 4.44 4.44 f1 1N N1 1 1 1 可知：可知：當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子切割子切割 1

18、1產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)E Er r和轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電流I Ir r，它們的大小與它們的大小與 1 1和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 成正比：成正比：轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流 Ir也產(chǎn)生磁通也產(chǎn)生磁通 r，r 在輸出繞組在輸出繞組中感應(yīng)出電壓中感應(yīng)出電壓U2 ，U2的大小與的大小與 r r成正比：成正比：第14頁/共35頁 綜合上述分析可知：綜合上述分析可知：當(dāng)當(dāng) U U1 1恒定不變時(shí)，恒定不變時(shí)，U U2 2與與n 成正比，這樣，成正比，這樣，發(fā)電機(jī)就把被測(cè)裝置的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電壓發(fā)電機(jī)就把被測(cè)裝置的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電壓信號(hào)，輸出給控制系統(tǒng)。信號(hào)，輸出給控制系統(tǒng)。由于鐵心線圈電感的非線性影響

19、，交流測(cè)由于鐵心線圈電感的非線性影響，交流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出速發(fā)電機(jī)的輸出電壓電壓 U U2 2與與n 間存在著一定的非間存在著一定的非線性誤差，使用時(shí)要注意加以修正。線性誤差，使用時(shí)要注意加以修正。第15頁/共35頁10.2.110.2.1 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)分永磁式和他勵(lì)式兩種。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)分永磁式和他勵(lì)式兩種。兩種電機(jī)的電樞相同，工作時(shí)電樞接負(fù)載電阻兩種電機(jī)的電樞相同，工作時(shí)電樞接負(fù)載電阻RL。但永磁式的定子使用永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，。但永磁式的定子使用永久磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，因而沒有勵(lì)磁線圈；他勵(lì)式的結(jié)構(gòu)與直流伺服因而沒有勵(lì)磁線圈；他勵(lì)式的結(jié)

20、構(gòu)與直流伺服電機(jī)相同，工作時(shí)勵(lì)磁繞組加直流電壓電機(jī)相同，工作時(shí)勵(lì)磁繞組加直流電壓U1勵(lì)磁。勵(lì)磁。他他勵(lì)式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)接線圖勵(lì)式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)接線圖TGRLI2U2+Ra+EI1U1+第16頁/共35頁 當(dāng)被測(cè)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)被測(cè)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)電樞產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E，其大小為：，其大小為：發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的輸出電壓為：輸出電壓為：上式中代入：上式中代入：于是于是第17頁/共35頁 可見，當(dāng)勵(lì)磁電壓可見，當(dāng)勵(lì)磁電壓U1保持恒定時(shí)（保持恒定時(shí)（亦亦恒恒定定），若，若Ra、RL不變，則輸出電壓不變，則輸出電壓U2的大小的大小與與電樞轉(zhuǎn)速電樞轉(zhuǎn)速 n 成正比。

21、成正比。這樣，發(fā)電機(jī)就把被測(cè)裝這樣，發(fā)電機(jī)就把被測(cè)裝置的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電壓信號(hào)，輸出給控制置的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電壓信號(hào)，輸出給控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。0nU2RL2RL1RL=RL2RL1第18頁/共35頁 值得注意的是，由于直流電機(jī)中存在著電值得注意的是，由于直流電機(jī)中存在著電樞反應(yīng)現(xiàn)象，使得輸出電壓樞反應(yīng)現(xiàn)象，使得輸出電壓U2與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n 有一定有一定的線性誤差。的線性誤差。RL越小、越小、n 越大，誤差越大。因越大，誤差越大。因此，在使用中應(yīng)使此，在使用中應(yīng)使RL和和 n的大小符合的大小符合直流測(cè)速直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求。發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求。第19頁/共35頁10.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特

22、點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn):(1)1)來一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。來一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。來一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。來一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。(2)(2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速?？刂泼}沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速?？刂泼}沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。(3)(3)改變脈沖順序，可改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。改變脈沖順序，可改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。改變脈沖順序，可改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。改變脈沖順序，可改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵的作用原理，將脈沖步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵的作用原理，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī)。每來一個(gè)電脈信號(hào)轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī)。每來一個(gè)電脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，帶動(dòng)機(jī)械移動(dòng)一小

23、段沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，帶動(dòng)機(jī)械移動(dòng)一小段距離。距離。區(qū)別在于勵(lì)磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁線圈，區(qū)別在于勵(lì)磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁線圈，區(qū)別在于勵(lì)磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁線圈，區(qū)別在于勵(lì)磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁線圈，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有勵(lì)磁線圈。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有勵(lì)磁線圈。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有勵(lì)磁線圈。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有勵(lì)磁線圈。種類種類：勵(lì)磁式勵(lì)磁式和和反應(yīng)式反應(yīng)式反應(yīng)式反應(yīng)式兩種。兩種。第20頁/共35頁 下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。結(jié)構(gòu)和工作原理。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖三相反應(yīng)

24、式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖如下：如下：ABCIAIBIC 定子內(nèi)圓周定子內(nèi)圓周均勻分布著六個(gè)均勻分布著六個(gè)磁極，磁極上有磁極，磁極上有勵(lì)磁繞組，每兩勵(lì)磁繞組，每兩個(gè)相對(duì)的繞組組個(gè)相對(duì)的繞組組成一相。轉(zhuǎn)子有成一相。轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒。四個(gè)齒。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子第21頁/共35頁1.1.1.1.三相單三拍三相單三拍三相單三拍三相單三拍CABBCA3412 A相繞組通電，相繞組通電，B、C相相不通電。由于在磁場(chǎng)作用下，不通電。由于在磁場(chǎng)作用下，轉(zhuǎn)子總是力圖旋轉(zhuǎn)到磁阻最轉(zhuǎn)子總是力圖旋轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，故在這種情況下，小的位置，故在這種情況下，轉(zhuǎn)子

25、必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1、3齒與齒與A、A極對(duì)齊。極對(duì)齊。動(dòng)畫動(dòng)畫第22頁/共35頁CABBCA3412 同理，同理，B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過30 角，角，2、4齒和齒和B、B 磁極軸線對(duì)齊；當(dāng)磁極軸線對(duì)齊；當(dāng)C相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過再轉(zhuǎn)過30 角，角，1、3齒和齒和C、C磁極軸線對(duì)齊。磁極軸線對(duì)齊。1C342CABBA第23頁/共35頁 這種工作方式下，三個(gè)繞組依次通電一次為這種工作方式下，三個(gè)繞組依次通電一次為一個(gè)循環(huán)周期，一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)工作脈沖，一個(gè)循環(huán)周期，一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。所以稱為三

26、相單三拍工作方式。按按AB C A 的順序給三相繞的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來。每一拍組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來。每一拍轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過30(步距角步距角)，每個(gè)通電循環(huán)周期，每個(gè)通電循環(huán)周期(3拍拍)轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過90(一個(gè)齒距角一個(gè)齒距角)。2.2.三相六拍三相六拍三相六拍三相六拍 按按AAB B BC C CA的順序給三的順序給三相繞組輪流通電。相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控這種方式可以獲得更精確的控制特性。制特性。第24頁/共35頁CABBCA3412CABBCA3412 A相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒與齒與A、A 對(duì)齊。對(duì)齊。A、B相同時(shí)通電，相

27、同時(shí)通電，A、A 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過過15，到達(dá)左圖到達(dá)左圖所示位置。所示位置。動(dòng)畫動(dòng)畫第25頁/共35頁CABBCA3412 B B 相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2、4齒與齒與B、B 對(duì)齊對(duì)齊,又轉(zhuǎn)又轉(zhuǎn)過過15。3412CABBCA B、C相同時(shí)通電，相同時(shí)通電，C、C 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過過15。第26頁/共35頁 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每個(gè)循每個(gè)循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子

28、轉(zhuǎn)過環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15（步距角），（步距角），一一個(gè)通電循環(huán)周期個(gè)通電循環(huán)周期(6拍拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90 (齒距角齒距角)。與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。3.3.三相雙三拍三相雙三拍三相雙三拍三相雙三拍 按按AB BC CA的順序給三相繞組輪流通的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電。第27頁/共35頁AB通電通電CABBCA3412BC通電通電3412CABBCACA通電通電CABBCA3412 與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)

29、動(dòng)時(shí)每個(gè)通電與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電循循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30 (步距角步距角)，一一個(gè)通電循環(huán)周期個(gè)通電循環(huán)周期(3拍拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角齒距角)。動(dòng)畫動(dòng)畫第28頁/共35頁 從以上對(duì)步進(jìn)電機(jī)三種驅(qū)動(dòng)方式的分析可從以上對(duì)步進(jìn)電機(jī)三種驅(qū)動(dòng)方式的分析可得步距角計(jì)算公式：得步距角計(jì)算公式：步距角步距角Zr 轉(zhuǎn)子齒數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù)m 每個(gè)通電循環(huán)周期的拍數(shù)每個(gè)通電循環(huán)周期的拍數(shù) 實(shí)用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為實(shí)用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3 和和1.5 。為了獲得小步距角，電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做成多為了獲得小步距角，電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，如教材

30、圖齒的，如教材圖10.4.4所示。圖中轉(zhuǎn)子表面有所示。圖中轉(zhuǎn)子表面有4040個(gè)齒，個(gè)齒，第29頁/共35頁齒距角是齒距角是9 9；定子仍是定子仍是 6 6個(gè)磁極，但每個(gè)磁極個(gè)磁極，但每個(gè)磁極表面加工有五個(gè)和轉(zhuǎn)子一樣的齒。表面加工有五個(gè)和轉(zhuǎn)子一樣的齒。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，如各種數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，如各種數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，如各種數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，如各種數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)繪圖儀、機(jī)器人等。機(jī)床、自動(dòng)繪圖儀、機(jī)器人等。機(jī)床、自動(dòng)繪圖儀、機(jī)器人等。機(jī)床、自動(dòng)繪圖儀、機(jī)器人等。應(yīng)用：應(yīng)用：第30頁/共35頁10.5 自動(dòng)控制的基本概念自動(dòng)控制的基本概念 用某種裝置代替人

31、，按照人的意愿自動(dòng)完用某種裝置代替人，按照人的意愿自動(dòng)完成一系列控制過程，稱作自動(dòng)控制。成一系列控制過程，稱作自動(dòng)控制。從結(jié)構(gòu)上看，自動(dòng)控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制從結(jié)構(gòu)上看，自動(dòng)控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類。和閉環(huán)控制兩類?？刂茖?duì)象控制對(duì)象控制控制指令指令輸出輸出 開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制對(duì)象按照控簡單，控制對(duì)象按照控制指令工作，但不能根制指令工作，但不能根據(jù)輸出結(jié)果自動(dòng)調(diào)節(jié)，據(jù)輸出結(jié)果自動(dòng)調(diào)節(jié)，僅用于對(duì)控制精度要求僅用于對(duì)控制精度要求不高的場(chǎng)合。不高的場(chǎng)合。第31頁/共35頁控制對(duì)象控制對(duì)象反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)誤差誤差輸出輸出給定給定反反饋饋 閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。把輸出信

32、號(hào)的閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。把輸出信號(hào)的一部分通過反饋環(huán)節(jié)引回到輸入端，與給定信號(hào)一部分通過反饋環(huán)節(jié)引回到輸入端，與給定信號(hào)比較，得到誤差信號(hào)，再送入控制對(duì)象去調(diào)節(jié)輸比較，得到誤差信號(hào)，再送入控制對(duì)象去調(diào)節(jié)輸出結(jié)果。如此反復(fù)循環(huán)，直至誤差為零。這種控出結(jié)果。如此反復(fù)循環(huán)，直至誤差為零。這種控制是通過反饋來實(shí)現(xiàn)的，所以也叫做反饋控制系制是通過反饋來實(shí)現(xiàn)的，所以也叫做反饋控制系統(tǒng)。統(tǒng)。第32頁/共35頁 給給定定元元件件 放放大大元元件件 執(zhí)執(zhí)行行元元件件 控控制制對(duì)對(duì)象象檢測(cè)元件檢測(cè)元件被調(diào)量被調(diào)量控制指令控制指令+UgUdUf 閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）的各個(gè)基閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）

33、的各個(gè)基本環(huán)節(jié)如下圖所示：本環(huán)節(jié)如下圖所示：系統(tǒng)中各部分的作用如下：系統(tǒng)中各部分的作用如下：給定元件給定元件給定元件給定元件把控制指令變成給定值。它把控制指令變成給定值。它與被調(diào)量存在著一定的函數(shù)關(guān)系。改變給定值，與被調(diào)量存在著一定的函數(shù)關(guān)系。改變給定值，即可改變被調(diào)量。即可改變被調(diào)量。第33頁/共35頁檢測(cè)元件檢測(cè)元件檢測(cè)元件檢測(cè)元件把被調(diào)量檢測(cè)出來，按一定的把被調(diào)量檢測(cè)出來，按一定的函數(shù)關(guān)系反饋到輸入端。函數(shù)關(guān)系反饋到輸入端。比較元件比較元件比較元件比較元件把反饋信號(hào)把反饋信號(hào)Uf與給定信號(hào)與給定信號(hào)Ug比比較以獲取誤差信號(hào)較以獲取誤差信號(hào)Ud。放大元件放大元件放大元件放大元件當(dāng)誤差信號(hào)太微弱時(shí)，需要用當(dāng)誤差信號(hào)太微弱時(shí)，需要用放大元件把誤差信號(hào)放大到足以推動(dòng)執(zhí)行元件的放大元件把誤差信號(hào)放大到足以推動(dòng)執(zhí)行元件的程度。程度。執(zhí)行元件執(zhí)行元件執(zhí)行元件執(zhí)行元件直接推動(dòng)控制對(duì)象改變被調(diào)量。直接推動(dòng)控制對(duì)象改變被調(diào)量?？刂茖?duì)象控制對(duì)象控制對(duì)象控制對(duì)象由執(zhí)行元件推動(dòng)的各種裝置，由執(zhí)行元件推動(dòng)的各種裝置，如各種機(jī)械負(fù)載、發(fā)電機(jī)、加熱爐、閘門等，相如各種機(jī)械負(fù)載、發(fā)電機(jī)、加熱爐、閘門等，相應(yīng)的被調(diào)量就是轉(zhuǎn)速、電壓、溫度、位移等。應(yīng)的被調(diào)量就是轉(zhuǎn)速、電壓、溫度、位移等。第34頁/共35頁