1、3.1 一般规律T F s F r sin()srT Fs Fr fdTJTd tfdTJTd tfTaJTcTfdT JTdt3.2 永磁直流伺服电机及其驱动技术 1、永磁直流伺服电机的结构、永磁直流伺服电机的结构2、永磁直流伺服电机的工作原理、永磁直流伺服电机的工作原理3、永磁直流伺服电机的特性、永磁直流伺服电机的特性4、功率放大器、功率放大器5、电流回路和速度回路、电流回路和速度回路 sin()dTdFr Fsrssr2sr fdTJTdtsin()srTFs FreeKeRidtdiLUaaaaaaft adiuLi RedtdTJTdtTK ieKe0;0adidLJdtdtuafe
2、teRTKK KuafeteRTKK Kaaaft adiuLi RedtdTJTdtTK ieKe1()()(1)(1)eaKsusTmSTeS2211()()()1()()11eeamemetetKKsG sJLJRusG s H sT T ST sssK KK KteJRTmK KRLTe TmTe H桥双极性桥双极性PWM功放电路功放电路 diULdttUs改变 即可改变电机的转速 当 0.5时，电机正转；当 0.5时，电机反转；当=0.5时，电机停止1asstUUUT电机两端得到的平均电压为 （0 1）式中 =t1/T 为 PWM 波形的占空比第一象限运行（正向电动）：在 0 t t
3、1期间，Ug1、Ug4为正，T1、T4导通，Ug2、Ug3为零，T2、T3截止，电流 ia 沿回路1流通，电动机M两端电压UAB=+Us；在t1 t T期间，Ug1、Ug4为零，T1、T4截止，D2、D3续流，并钳位使T2、T3保持截止，电流 ia 沿回路2流通，电动机M两端电压UAB=Us；Us第二象限运行（正向制动）：如电机工作在第一象限时突然发出减速指令，则电机进入第二象限运行。此时，Ug1、Ug4的占空比减小，使得加到电枢两端的平均电压减小。由于电机转速不能突变，造成eua的情况，从而使电流反向流动，产生制动力矩。在 0 t t1期间，D、D1 导通续流，电流 ia 沿回路4流通，在t
4、1 t T期间，T3、T2导通，电流 ia 沿回路3流通；Us第三象限运行（反向电动）：在 0 t t1 期间，Ug2、Ug3为零，T2、T3截止，D1、D4 续流，并钳位使 T1、T4截止，电流 id 沿回路4流通，电动机M两端电压UAB=+Us；在t1 t T 期间，Ug2、Ug3 为正，T2、T3导通，Ug1、Ug4为负，使T1、T4保持截止，电流 id 沿回路3流通，电动机M两端电压UAB=Us；双极性双极性PWM功放电路特点功放电路特点 因功放管工作在开关方式，放大器效率高。能实现伺服电机四象限运行。“动力润滑”作用可一定程度上减小负载摩擦造成的死区的影响。可在单电源下工作。对周边电
5、路有较强的电磁干扰.故 障 信 号0D5IC6IC14u23uPW Mutucu三 角 波 发 生 器CMSu1D3D2D4D3T4T1T2T4gu3gu2gu1guuAB1243有两种情况使电机运动在制动状态有两种情况使电机运动在制动状态1）电机处于减速状态时：电机处于减速状态时：电机的速度下降是电枢电压减小的结果。但是当电压突然变小时，电机的惯量使其速度不能突变，也即反电势e不能突变。这将出现Uae的情形，使电流反向流动从而产生制动转矩。2）电机具有垂直性负载且负载向下运动时电机具有垂直性负载且负载向下运动时：这时伺服电机必须产生与运动方向相反的制动转矩平衡重物下落产生的重力矩。在制动状态
6、下，电机旋转过程中产生的动能和重物下落时产生的势能转换为电能以电流的形式回馈到供电电源。这种制动方式常称为再生制动再生制动。附：泵升电压数值可借助于能量守恒定律近似估算附：泵升电压数值可借助于能量守恒定律近似估算 已知：滤波电容中储存的电能为 焦耳 电机旋转的动能为 焦耳 重物下落的势能为 焦耳 若用下标“1”和“2”分别表示能量回馈前、后各量的值。则由能量守恒定律，有 即 212cEcu212JEJmEmgh111222cJmCJmEEEEEE222211122211112222cujmghcuJmgh 解此式，可得能量回馈后电容上的电压为 在上面的计算中 C滤波电容的数值 单位为F；J负载
7、及电机转子的转动惯量 单位为kgm2；m负载的质量 单位为Kg；电机角速度 单位为rad/s；h重物负载的高度 单位为m;g重力加速度常数 单位9.81m/s2;u电容上电压 单位V。上面的计算中忽略了电机中消耗的电能及一些摩擦产生的热能，这些损耗相对来说比较小。2221221122()()mg hhJuuCc 例4-1一直流伺服电机采用PWM桥式功放电路驱动，功放电路中滤波电容C=5000 ，电容上的电压在能量回馈前为100V，电机及其负载的转动惯量 。负载做非垂直性运动，求当电机转速从3000rpm降至零速时，C上的电压升高至多少？解：3000rpm=3000 rad/s=314 rad/
8、s 本例中，若电机及其负载的转动惯量增加一倍，即,则可以算出u2=298V，可见转动惯量对泵升电压的影响是较大的。322 10JKgmF3222221162 10(0)100314222 5000 10JuuVC2602321112 10314221972()0.05JddJEPWtt KP电流控制器增益；KpA功率放大器电压放大倍数；KL滤波器增益；TL滤波器时间常数。Us 电网电压波动引起的绕组电压变化KPKPWMRfia-Us11eT S LKiu-1/R()()1PPWMfLeKKRKG s H sT s()()()1()()1iaiii sKG su sG s H sT s1ifLKRK1eipPWMfLTTKKRKaiiiK uieTT对输入指令的响应对输入指令的响应KPKPWMRfia-Us11eTSLKiu-1/R/asiuR/R1saPPWMLfuiKKKRC1=0；R3/R1=KvpK()()()1()()T S 1sG susG s H svptiggTJ/K K K KK1/KK uvptigTJ/K K K KmteTJR/K KmTT-UUfKtKgUiiTfT-vpKiK1JSvp1fitgTKKKKmTT
