伺服電機(jī)可以精確控制速度和位置，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成扭矩和轉(zhuǎn)速來驅(qū)動(dòng)被控對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子速度由輸入信號(hào)控制，并能快速響應(yīng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，它作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、啟動(dòng)電壓低等特點(diǎn)。它可以將接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或角速度并輸出。它分為兩類：DC伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。它的主要特點(diǎn)是信號(hào)電壓為零時(shí)，沒有旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著扭矩的增加而勻速下降。

一種DC伺服電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、電機(jī)轉(zhuǎn)軸、伺服電機(jī)繞組換向器、伺服電機(jī)繞組、測速電機(jī)繞組和測速電機(jī)換向器。

DC伺服電機(jī)，特別是DC電刷伺服電機(jī)——，成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，容易控制，需要維護(hù)，但維護(hù)(更換碳刷)不方便，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此，它不能用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。

DC伺服電機(jī)還包括DC無刷伺服電機(jī)——，該電機(jī)體積小、重量輕、輸出大、響應(yīng)快、速度快、慣性小、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定、電機(jī)功率受限。易于實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以是方波換相，也可以是正弦波換相。該電機(jī)免維護(hù)，無碳刷損耗，效率高，工作溫度低，噪音低，電磁輻射低，使用壽命長，可用于各種環(huán)境。

　　直流伺服電機(jī)的速度控制單元

　　調(diào)速的概念有兩個(gè)方面的含義：

(1)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速：當(dāng)指令轉(zhuǎn)速改變時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨之改變，希望以快的加減速達(dá)到新的指令轉(zhuǎn)速值；

(2)當(dāng)指令速度不變時(shí)，電機(jī)速度保持穩(wěn)定。

為了調(diào)節(jié)電機(jī)的速度和方向，需要控制DC電壓的大小和方向。怎么控制？

DC伺服電機(jī)速度控制單元的作用是將速度指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成電樞的電壓值，達(dá)到調(diào)速的目的。

DC電機(jī)調(diào)速裝置常用的調(diào)速方法是晶閘管調(diào)速系統(tǒng)；晶體管脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)速系統(tǒng)。

　　1、晶閘管調(diào)速系統(tǒng)

在交流電源電壓恒定的情況下，當(dāng)控制電壓Un*改變時(shí)，通過控制電路和晶閘管主電路改變DC電機(jī)的電樞電壓Ud，得到控制電壓Un*所需的電機(jī)轉(zhuǎn)速。將電機(jī)的實(shí)際電壓Un與作為反饋的Un*進(jìn)行比較，形成速度回路，從而改善電機(jī)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械特性。

晶閘管調(diào)速系統(tǒng)主電路采用大功率晶閘管。大功率晶閘管的作用；

(1)整改。將電網(wǎng)的交流電源改為DC；調(diào)節(jié)回路的控制功率被放大以獲得更高的電壓和電流來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

(2)倒置。在可逆控制電路中，當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)，電機(jī)的慣性能量轉(zhuǎn)化為電能，回饋給交流電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)逆變。

為了控制晶閘管，必須提供觸發(fā)脈沖發(fā)生器來產(chǎn)生適當(dāng)?shù)挠|發(fā)脈沖。脈沖必須與電源的頻率和相位同步，以確保晶閘管的正確觸發(fā)

主電路由大功率晶閘管組成的三相全控橋式逆并聯(lián)可逆電路組成，分為兩部分(和)，每部分由三相橋連接，兩組逆并聯(lián)分別實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。

每個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成一個(gè)回路。為了保證兩個(gè)串聯(lián)的晶閘管接通后能同時(shí)導(dǎo)通或切斷電流后能再次導(dǎo)通，需要同時(shí)向共用陽極組的一個(gè)晶閘管和共用陰極組的一個(gè)晶閘管發(fā)送觸發(fā)脈沖。

　　2、PWM調(diào)速控制系統(tǒng)

原理：利用大功率晶體管的開關(guān)功能，DC伏打

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　　直流電機(jī)電壓的平均值

　　其中，T為脈沖周期，Ton為導(dǎo)通時(shí)間

　　特點(diǎn)：控制電路簡單，不需附加關(guān)斷電路，開關(guān)特性好。廣泛應(yīng)用中、小功率直流伺服系統(tǒng)。

　?。?）PWM系統(tǒng)的組成

　　USr——速度指令轉(zhuǎn)化過來的直流電壓；

　　U△——三角波；

　　USC——脈寬調(diào)制器的輸出（USr+U△）；

　　Ub——調(diào)制器輸出的經(jīng)脈沖分配、由基極驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換過來的脈沖電壓。

　　控制回路：速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、固定頻率振蕩器及三角波發(fā)生器、脈寬調(diào)制器和基極驅(qū)動(dòng)電路組成。

　　區(qū)別：與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)比較，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器原理一樣。不同的是脈寬調(diào)制器和功率放大器。

　?。?）PWM系統(tǒng)的脈寬調(diào)制器

　　作用：將電壓量轉(zhuǎn)換成可由控制信號(hào)調(diào)節(jié)的矩形脈沖，為功率晶體管的基極提供一個(gè)寬度可由速度指令信號(hào)調(diào)節(jié)的脈寬電壓。

　　組成：調(diào)制信號(hào)發(fā)生器（三角波和鋸齒波兩種）和比較放大器。

　　3、全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)

　　在全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)中，僅功率轉(zhuǎn)換組件和執(zhí)行組件的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)為模擬信號(hào)，其余的信號(hào)都為數(shù)字信號(hào)，由計(jì)算機(jī)通過算法實(shí)現(xiàn)。

　　計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度很高，在幾毫秒內(nèi)可以計(jì)算出電流環(huán)和速度環(huán)的輸入、輸出數(shù)值，產(chǎn)生控制方波的數(shù)據(jù)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。全數(shù)字調(diào)速的特點(diǎn)是離散化，即在每個(gè)采樣周期給出一次控制數(shù)據(jù)。

　　在一個(gè)采樣周期內(nèi)，計(jì)算機(jī)要完成一次電流環(huán)和速度環(huán)的控制數(shù)據(jù)的計(jì)算和輸出，對電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制一次。

　　直流伺服電機(jī)的調(diào)速原理

　　組成：由磁極（定子）、電樞（轉(zhuǎn)子）、電刷與換向片三部分組成。結(jié)構(gòu)上做的細(xì)長一些，主要是為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而滿足伺服電機(jī)快速響應(yīng)的要求。

　　工作原理：直流電源接在兩電刷間，電流通入電樞線圈，切割磁力線，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

　　電流方向?yàn)椋篘極下的有效邊中的電流總是一個(gè)方向，而S極上的有效邊中的電流總是另一個(gè)方向。這樣使兩個(gè)邊上受到的電磁力的方向一致，電樞因而轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，當(dāng)線圈的有效邊從 N極下轉(zhuǎn)到S極下時(shí)，其中電流的方向必須同時(shí)改變，以使電磁力的方向不變。這必須通過換向器得以實(shí)現(xiàn)。

　　電磁轉(zhuǎn)矩

　　感應(yīng)電勢與轉(zhuǎn)速關(guān)系

　　電樞回路電壓平衡方程式

　　他勵(lì)式直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式

　　直流電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系n=f（T）稱機(jī)械特性（靜態(tài)特性）。電機(jī)轉(zhuǎn)速與理想轉(zhuǎn)速的差Δn，反映了電機(jī)機(jī)械特性硬度，Δn越?。ㄞD(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速變化的影響程度越?。?，機(jī)械特性越硬。

　　直流電機(jī)的基本調(diào)速方式有三種：調(diào)節(jié)電阻Ra、調(diào)節(jié)電樞電壓Ua和調(diào)節(jié)磁通Φ的值。電樞電阻調(diào)速很少采用，其缺點(diǎn)：不經(jīng)濟(jì)，要得到低速，R很大，則消耗大量電能；低速，特性很軟，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性很差；調(diào)節(jié)平滑性差，操作費(fèi)力。

　　調(diào)節(jié)電樞電壓（調(diào)壓調(diào)速）時(shí)，直流電機(jī)機(jī)械特性為一組平行線，只改變電機(jī)的理想轉(zhuǎn)速n0，保持了原有較硬的機(jī)械特性，所以調(diào)壓調(diào)速主要用于伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的調(diào)速。如果Δn值較大，不可能實(shí)現(xiàn)寬范圍的調(diào)速。永磁式直流伺服電機(jī)的Δn值較小，因此，進(jìn)給系統(tǒng)常采用永磁式直流電機(jī)。

　　調(diào)節(jié)磁通（調(diào)磁調(diào)速）不但改變了電機(jī)的理想轉(zhuǎn)速，而且使直流電機(jī)機(jī)械特性變軟，所以調(diào)磁調(diào)速主要用于機(jī)床主軸電機(jī)調(diào)速。