《直流伺服電機(jī)》課件

直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī)是一種用于控制位置、速度和扭矩的電機(jī)。它通常用于工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人領(lǐng)域。課程大綱緒論介紹直流伺服電機(jī)的定義、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域等基本概念。直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)深入探討直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，包括轉(zhuǎn)子、定子、勵(lì)磁系統(tǒng)和傳感器等部分。直流伺服電機(jī)的工作原理解釋直流伺服電機(jī)的工作原理，包括電動(dòng)勢(shì)方程、轉(zhuǎn)矩方程和傳動(dòng)特性等關(guān)鍵要素。直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制介紹直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，涵蓋開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制和脈寬調(diào)制等重要內(nèi)容。緒論本課程將深入探討直流伺服電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域以及驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，為學(xué)生提供全面的知識(shí)體系。1.1直流伺服電機(jī)的定義電機(jī)直流伺服電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能的電氣設(shè)備?？刂扑山邮芸刂菩盘?hào)并輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和位置等控制量。精度伺服系統(tǒng)用于精確控制運(yùn)動(dòng)，在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。1.2直流伺服電機(jī)的特點(diǎn)11.高精度直流伺服電機(jī)具有高精度，可實(shí)現(xiàn)精確的控制，廣泛應(yīng)用于精密加工和自動(dòng)化設(shè)備。22.高響應(yīng)速度直流伺服電機(jī)能快速響應(yīng)控制指令，適用于需要快速響應(yīng)的場(chǎng)合，例如機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床。33.高效率直流伺服電機(jī)具有較高的效率，可有效地將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，節(jié)約能源。44.易于控制直流伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，便于控制和調(diào)節(jié)。1.3直流伺服電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)自動(dòng)化直流伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等。它們提供精確的控制和高速響應(yīng)，使自動(dòng)化設(shè)備能夠更高效地完成任務(wù)。航空航天直流伺服電機(jī)還應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，例如飛機(jī)的襟翼和方向舵控制、衛(wèi)星的姿態(tài)控制等。它們?cè)诳量痰沫h(huán)境中提供可靠性和高性能。醫(yī)療設(shè)備直流伺服電機(jī)在醫(yī)療設(shè)備中也有著重要的應(yīng)用，如手術(shù)機(jī)器人、醫(yī)療影像設(shè)備等。它們提供精確的運(yùn)動(dòng)控制，確保醫(yī)療設(shè)備的安全性和可靠性。2.直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流伺服電機(jī)由轉(zhuǎn)子、定子、勵(lì)磁系統(tǒng)、傳感器等組成。轉(zhuǎn)子是電機(jī)旋轉(zhuǎn)的部分，定子是固定不動(dòng)的部分。勵(lì)磁系統(tǒng)用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，傳感器用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和速度。2.1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子是直流伺服電機(jī)的心臟，它包含一個(gè)磁性軸承，用于支撐旋轉(zhuǎn)軸，并防止電機(jī)過(guò)熱。繞組設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子上繞有線圈，稱為轉(zhuǎn)子繞組，當(dāng)電流通過(guò)繞組時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，與定子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。葉片設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子的葉片形狀和尺寸取決于電機(jī)的應(yīng)用，它們的設(shè)計(jì)旨在優(yōu)化氣流，提高電機(jī)效率，并減少噪聲。2.2定子定子繞組定子繞組是由導(dǎo)線繞制而成，用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁極定子繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，形成磁極，與轉(zhuǎn)子磁極相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。定子鐵芯定子鐵芯由疊壓的硅鋼片構(gòu)成，用來(lái)引導(dǎo)磁場(chǎng)，減小磁阻。2.3勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁方式直流伺服電機(jī)常用的勵(lì)磁方式有兩種：獨(dú)立勵(lì)磁和并勵(lì)。獨(dú)立勵(lì)磁系統(tǒng)使用獨(dú)立電源為電樞提供勵(lì)磁電流，并勵(lì)系統(tǒng)將勵(lì)磁繞組與電樞串聯(lián)。勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組由絕緣銅線繞制，并固定在定子上。勵(lì)磁繞組的匝數(shù)和電流決定了磁場(chǎng)的強(qiáng)度，從而影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流由勵(lì)磁電源提供，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以控制磁場(chǎng)強(qiáng)度。勵(lì)磁電流可以通過(guò)電阻、電感等元件進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同負(fù)載的需求。2.4傳感器位置傳感器用于精確測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置，提供反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。速度傳感器用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，用于速度控制和閉環(huán)系統(tǒng)。溫度傳感器監(jiān)測(cè)電機(jī)工作溫度，防止過(guò)熱，確保安全運(yùn)行。扭矩傳感器測(cè)量電機(jī)輸出扭矩，監(jiān)控負(fù)載情況，提高效率。3.直流伺服電機(jī)的工作原理直流伺服電機(jī)通過(guò)電磁感應(yīng)原理工作，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)與電流相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。3.1電動(dòng)勢(shì)方程電動(dòng)勢(shì)E=kωk電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)ω電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度電動(dòng)勢(shì)方程描述了直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度的關(guān)系。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)和轉(zhuǎn)子角速度成正比。3.2轉(zhuǎn)矩方程直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生的。轉(zhuǎn)矩方程描述了轉(zhuǎn)矩與電流、磁場(chǎng)強(qiáng)度和電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。TT電機(jī)轉(zhuǎn)矩（牛米）KK電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)II轉(zhuǎn)子電流（安培）ΦΦ磁場(chǎng)強(qiáng)度（韋伯）3.3傳動(dòng)特性直流伺服電機(jī)的傳動(dòng)特性是指電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，速度越高，轉(zhuǎn)矩越低。4.直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)電機(jī)精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。4.1開(kāi)環(huán)控制11.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，便于實(shí)現(xiàn)。22.響應(yīng)速度快無(wú)需反饋環(huán)節(jié)，控制指令直接作用于電機(jī)，響應(yīng)速度快。33.穩(wěn)定性差不受負(fù)載變化影響，難以實(shí)現(xiàn)精確控制。44.應(yīng)用范圍窄僅適用于對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合，例如簡(jiǎn)單的電機(jī)啟動(dòng)和停止。4.2閉環(huán)控制反饋信號(hào)閉環(huán)控制系統(tǒng)使用傳感器反饋電機(jī)速度和位置信息，例如編碼器或霍爾傳感器。誤差信號(hào)控制器比較期望值與實(shí)際值之間的差異，生成一個(gè)誤差信號(hào)?？刂扑惴刂破魇褂每刂扑惴ㄕ{(diào)整電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以減小誤差并實(shí)現(xiàn)精確控制。4.3脈寬調(diào)制脈沖寬度調(diào)制通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)控制直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速。占空比占空比代表脈沖寬度在整個(gè)周期中的比例。PWM信號(hào)由一系列脈沖組成的信號(hào)，用于控制直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流伺服電機(jī)的性能指標(biāo)直流伺服電機(jī)的性能指標(biāo)決定其應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用場(chǎng)景。常見(jiàn)的指標(biāo)包括響應(yīng)速度、轉(zhuǎn)矩恒定性和機(jī)械效率等。5.1響應(yīng)速度指標(biāo)含義上升時(shí)間電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定速度所需的時(shí)間穩(wěn)定時(shí)間電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間超調(diào)量電機(jī)超過(guò)目標(biāo)速度的百分比5.2轉(zhuǎn)矩恒定性轉(zhuǎn)矩恒定性是指直流伺服電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，輸出轉(zhuǎn)矩保持穩(wěn)定的能力。轉(zhuǎn)矩恒定性越好，電機(jī)運(yùn)行越平穩(wěn)，控制精度越高。5.3機(jī)械效率機(jī)械效率反映直流伺服電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的效率。電機(jī)損耗主要包括銅損、鐵損和機(jī)械損耗。85%效率大多數(shù)直流伺服電機(jī)的效率在85%以上。10%銅損電流通過(guò)電樞繞組產(chǎn)生的熱量損失。5%鐵損定子鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗。5%機(jī)械損包括軸承摩擦、風(fēng)阻等。直流伺服電機(jī)的應(yīng)用實(shí)例直流伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。這些應(yīng)用需要電機(jī)提供精確的運(yùn)動(dòng)控制，以滿足各種任務(wù)的需求。6.1機(jī)械手臂直流伺服電機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)械手臂。機(jī)械手臂通過(guò)直流伺服電機(jī)的精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)和抓取物體。直流伺服電機(jī)為機(jī)械手臂提供必要的動(dòng)力，并通過(guò)反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確的控制，確保運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性。數(shù)控機(jī)床直流伺服電機(jī)在數(shù)控機(jī)床中扮演著重要角色，用于控制刀具的移動(dòng)和進(jìn)給。它們提供精確的定位和高速響應(yīng)，確保數(shù)控機(jī)床能夠高精度、高效率地加工各種復(fù)雜零件。6.3機(jī)器人機(jī)器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，例如焊接、噴涂、搬運(yùn)等。直流伺服電機(jī)為機(jī)器人提供精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制，確保機(jī)器人動(dòng)作的穩(wěn)定性和精確性。典型產(chǎn)品及其參數(shù)