《控制器件》-07直流伺服电动机

执行机构篇第7章直流伺服电动机第8章交流伺服电动机第9章步进电动机第10章液压驱动系统第11章其他执行机构第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电动机的原理和特性§7.2直流伺服电动机的控制方法§7.3直流伺服电动机的性能指标直流伺服电动机的特点•良好的控制特性：调速方便、范围宽，线性度好，低速性能好。调速范围0.1rpm到1000rpm。•起动转矩大。•响应快速，即电动机的时间常数小，这是由于伺服电动机有较大的起动力矩和较小的转动惯量。直流伺服电动机——自动控制系统中用作执行机构的直流电动机。第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.1直流电动机的工作原理第7章直流伺服电动机•直流电通过电刷和换向片通入导体，电磁力对转轴构成力矩。BlIFBlIDM几何中性线越过几何中性线时换向第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.1直流电动机的工作原理第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性•电磁力矩计算公式与直流测速发电机相同：aTICTapNCT2•电枢绕组转动时，产生的感应电势与外加直流电压相反，称为反电势。反电势的计算公式与直流测速发电机相同：nCEeaapNCe60sTT匀速转动（稳态）时：LsTTT0LoutTTTT0输出转矩：电机自身阻转矩总阻转矩负载阻转矩第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性力矩平衡方程式aaaaRIEUaeaaaaaRnCUREUIeaaaCRIUn第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性电压平衡方程式aaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0——电磁力矩——反电势——力矩平衡——电压平衡第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性稳态四大关系式aaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性用稳态四大关系式分析稳态情况负载变化时：LTTaIaaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性LTTaIaaEIn用稳态四大关系式分析稳态情况负载变化时：aaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性LTTaIaaEIn用稳态四大关系式分析稳态情况负载变化时：nEITTaaLaaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性用稳态四大关系式分析稳态情况控制电压变化时：aUaITaaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性用稳态四大关系式分析稳态情况控制电压变化时：aUaITnTaEaaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性用稳态四大关系式分析稳态情况控制电压变化时：aUaITaaIETnTaEaaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性用稳态四大关系式分析稳态情况控制电压变化时：aUaITnTaEaaIET12nn第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性2、机械特性•机械特性：当工作磁通和电枢电压不变时，转速随负载阻力矩变化的规律。第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性2、机械特性eaaaCRIUneTaaCCTRUaaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性2、机械特性aaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0eaaaCRIUn2TeaeaCCTRCUkTn0第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性2、机械特性eaaaCRIUn2TeaeaCCTRCUkTn0TnΔnn0TdeaCUn0aaTdRUCT第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性2、机械特性eaaaCRIUn2TeaeaCCTRCUkTn0TnΔnn0TdeaCUn0aaTdRUCT理想空载转速堵转转矩kTnTCCRCUnTeaea022TeaCCRkTnTnΔnn0TdeaCUn0aaTdRUCT第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性2、机械特性•斜率越小，转速受负载阻转矩的变化的影响越小，机械特性越硬。§7.1直流伺服电机的原理和特性TnΔnn0TdeaCUn0aaTdRUCT第7章直流伺服电动机7.1.2直流电动机的稳态特性2、机械特性电枢电压升高，机械特性曲线向右平移。TnΔnn0Td实际测量第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性2、机械特性nn0T0OTkTnTCCRRCUnTefaea022TefaCCRRkTn第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性2、机械特性•控制电路电阻会引起电枢回路总电阻增大，使斜率变大，从而使机械特性变软。第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性3、调节特性•调节特性：在负载一定的情况下，稳态转速随控制电压变化的关系。2TesaeaCCTRCUnUaUa0OnTasaoaCRTUU•始动电压（n=0)eCk1第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性3、调节特性2TesaeaCCTRCUnUaUa0OnTasaoaCRTUU•始动电压（n=0)eCk1第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性3、调节特性•负载变化时，调节特性的斜率不变；•负载越大，调节特性曲线越向右移。第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.2直流电动机的稳态特性3、调节特性naU0aULTn空气阻力矩与转速的关系实际调节特性7.3.2调节特性•变负载情况下的调节特性naU0aULTn空气阻转矩与转速的关系第7章直流伺服电动机第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.3直流电动机的动态特性1、动态四大关系式dttdiLRtitetudttdJTTtTtnCtetiCtTaaaaaaLeaaT)()()()()()()()()()(0sTaaaaLseaaTRIEUTTTTnCEICT0第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.3直流电动机的动态特性2、过渡过程分析目的：了解电机的转速、转矩、电流、功率等物理量在过渡过程中随时间变化的规律，以及过渡过程时间和电机参数的关系。第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.3直流电动机的动态特性2、过渡过程分析——转动惯量的存在，使转速不能突变，需要经过一个渐变的过程才能达到新的稳态。——电枢绕组的电感使电枢电流不能突变，也需要经过一个渐变过程，才能达到新的平衡。机械惯性电磁惯性原因分析第7章直流伺服电动机§7.1直流伺服电机的原理和特性7.1.3直流电动机的动态特性2、过渡过程分析nTIUsaaaaTTaRIEUaΔnΔTΔIEnsTTaa时停止重新满足稳态四大关系式时，达到新的稳态，动态过程结束。7.1.3.3直流伺服电动机的过渡特性dttdiLRtitetudttdJTTtTtnCtetiCtTaaaaaaLeaaT)()()()()()()()()()(0LTTdtdJ0dtdJtT)(dtndJ602第7章直流伺服电动机dttdiLRtitetudttdJTTtTtnCtetiCtTaaaaaaLeaaT)()()()()()()()()()(0LTTdtdJ0dtdnJ602dtdJtT)(第7章直流伺服电动机7.1.3.3直流伺服电动机的过渡特性dttdiLRtitetudttdJTTtTtnCtetiCtTaaaaaaLeaaT)()()()()()()()()()(0dtdnJtT602)(TaCtTti)()(+dtdnCJtiTa602)(第7章直流伺服电动机7.1.3.3直流伺服电动机的过渡特性dttdiLRtitetudttdJTTtTtnCtetiCtTaaaaaaLeaaT)()()()()()()()()()(0dtdnCJtiTa602)()()()(602)(60222tutnCdttdnCJRdttndCJLaeTaTa第7章直流伺服电动机7.1.3.3直流伺服电动机的过渡特性)()()(602)(60222tutnCdttdnCJRdttndCJLaeTaTa同除以eCeaTeaTeaCtutndttdnCCJRdttndCCJL)()()(602)(60222220nCUea第7章直流伺服电动机7.1.3.3直流伺服电动机的过渡特性eaTeaTeaCtutndttdnCCJRdttndCCJL)()()(602)(60222220nCUea第7章直流伺服电动机7.1.3.3直流伺服电动机的过渡特性02222)()(602)(602ntndttdnCCJRdttndCCJLTeaTea02222)()(602)(602ntndttdnCCJRdttndCCJLTeaTeaaadRL2602TeajCCJR机电时间常数电磁时间常数第7章直流伺服电动机7.1.3.3直流伺服电动机的过渡特性02222)()(602)(602ntndttdnCCJRdttndCCJLTeaTeaaadRL2602TeajCCJR022n)t(ndt)t(dndt)t(ndjdj第7章直流伺服电动机7.1.3.3直流伺服电动机的过渡特性012jdj特征方程特征方程的解jdd,4112121微分方程的解tteAeAnn21210t=0时，n=00021nAAt=0时，dn/dt=002211AA02121nA