伺服电机控制跟变频器控制原理上的区别 伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进行无级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进行控制，这是很大的区别。除此外，伺服电机的构造与普通电机是有区别的，要满足快速响应和准确定位。现在市面上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几KW以上的同步伺服价格及其昂贵，这样在现场应用允许的情况下多采用交流异步伺服，这时很多驱动器就是高端变频器，带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就是要满足准确、精确、快速定位，只要满足就不存在伺服变频之争。 两者的共同点： 交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的，也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节：变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极的各类晶体管（IGBT，IGCT等）通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电，由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了（n=60f/p ，n转速，f频率，p 极对数） 二、谈谈变频器： 简单的变频器只能调节交流电机的速度，这时可以开环也可以闭环要视控制方式和变频器而定，这就是传统意义上的V/F控制方式。现在很多的变频已经通过数学模型的建立，将交流电机的定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量，现在大多数能进行力矩控制的著名品牌的变频器都是采用这样方式控制力矩，UVW每相的输出要加霍尔效应的电流检测装置，采样反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节；ABB的变频又提出和这样方式不同的直接转矩控制技术，具体请查阅有关资料。这样可以既控制电机的速度也可控制电机的力矩，而且速度的控制精度优于v/f控制，编码器反馈也可加可不加，加的时候控制精度和响应特性要好很多。 三、谈谈伺服： 驱动器方面：伺服驱动器在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环（变频器没有该环）都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统的变频强大很多，主要的一点可以进行精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置（当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的方式直接将位置和速度等参数设定在驱动器里），驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器。 电机方面：伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机），也就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时，伺服电机就能根据电源变化产生响应的动作变化，响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机，电机方面的严重差异也是两者性能不同的根本。就是说不是变
液压伺服系统工作原理 1.1 液压伺服系统工作原理 液压伺服系统以其响应速度快、负载刚度大、控制功率大等独特的优点在工业控制中得到了广泛的应用。 电液伺服系统通过使用电液伺服阀，将小功率的电信号转换为大功率的液压动力，从而实现了一些重型机械设备的伺服控制。 液压伺服系统是使系统的输出量，如位移、速度或力等，能自动地、快速而准确地跟随输入量的变化而变化，与此同时，输出功率被大幅度地放大。液压伺服系统的工作原理可由图1来说明。 图1所示为一个对管道流量进行连续控制的电液伺服系统。在大口径流体管道1中，阀板2的转角θ变化会产生节流作用而起到调节流量qT的作用。阀板转动由液压缸带动齿轮、齿条来实现。这个系统的输入量是电位器5的给定值x i。对应给定值x i，有一定的电压输给放大器7，放大器将电压信号转换为电流信号加到伺服阀的电磁线圈上，使阀芯相应地产生一定的开口量x v。阀开口x v使液压油进入液压缸上腔，推动液压缸向下移动。液压缸下腔的油液则经伺服阀流回油箱。液压缸的向下移动，使齿轮、齿条带动阀板产生偏转。同时，液压缸活塞杆也带动电位器6的触点下移x p。当x p所对应的电压与x i所对应的电压相等时，两电压之差为零。这时，放大器的输出电流亦为零，伺服阀关闭，液压缸带动的阀板停在相应的qT位置。 图1 管道流量（或静压力）的电液伺服系统 1—流体管道；2—阀板；3—齿轮、齿条；4—液压缸；5—给定电位器；6—流量传感电位器；7—放大器；8—电液伺服 阀 在控制系统中，将被控制对象的输出信号回输到系统的输入端，并与给定值进行比较而形成偏差信号以产生对被控对象的控制作用，这种控制形式称之为反馈控制。反馈信号与给定信号符号相反，即总是形成差值，这种反馈称之为负反馈。用负反馈产生的偏差信号进行调节，是反馈控制的基本特征。而对图1所示的实例中，电位器6就是反馈装置，偏差信号就是给定信号电压与反馈信号电压在放大器输入端产生的△u。 图2 给出对应图1实例的方框图。控制系统常用方框图表示系统各元件之间的联系。上图方框中用文字表示了各元件，后面将介绍方框图采用数学公式的表达形式。 液压伺服系统的组成 液压伺服系统的组成 由上面举例可见，液压伺服系统是由以下一些基本元件组成；
直流传动控制系统简述 直流传动控制系统的学习要求在了解机电传动自动调速系统的组成、生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求以及调速系统的调速性质与生产机械的负载特性合理匹配的重要性之基础上，重点掌握自动调速系统中各个基本环节，各种反馈环节的作用及特点，掌握各种常用的自动调速系统的调速远离、特点及适用场合，以便根据生产机械的特点和要求来正确选择和使用机电传动控制系统。 一、 机电传动控制系统的组成和分类 直流传动控制系统——以直流电动机为动力 交流传动控制系统——以交流电动机为动力 （一）、机电传动控制系统的组成 组成：由电机、电器、电子部件组合而成。 ①、 开环控制系统（单向控制） 如下图11.1所示的G-M 系统。开环控制系统往往不能满足 高要求的生产机械的需要。 注：输入量—控制量，输出量—被控制量。 1.主要参数 1)转速降(与无关) N t e da fa N T K K R R n 2Φ +=?0 n
2)调速范围 （前提：生产机械对转速变化率的要求） 3)静差度（或稳定度、转速变化率） 4)关系： （） ①由电机铭牌而定，，D 由生产机械要求而定。 ②一定，不同的静差度就有不同的D ，故在说明系统达到D 时，同时说明所允许的最小S 。 ③一定，，机械特性硬度。 2.提高机械特性硬度的方法——使电动机转速不变。 负载↑，n ↓ 1)在电动机轴上安装一台测速发电机BR ，输出电势。 2)偏差电压（给定电压） ↑↑↑↑?↓↓↑n E I U U E n T G g BR 励磁不变 （负反馈控制） min max /n n D =000n n n n n S N N ?=-=) 1(22 max S n S n D N -?=N n n n ?-=02min max n S S ≤2N n ?2S ↓?↑N n D ,↑ n K E BR BR =g U U =?BR E -
单片机直流电机控制实训报告
基于AT89C51单片机的直流电动机控制器设计 实训报告 专业：弹药工程与爆炸技术 班级：弹药二班 学生姓名：杨宁 指导教师：佟慧艳 能源与水利学院
1 实训目的 通过单片机实训使学生能够掌握利用Keil软件编写单片机程序，学会设计完整的单片机应用系统；依托Protues仿真平台进行单片机电子应用系统设计与仿真，使学生掌握单片机应用系统的设计技能；培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力以及实际动手能力和查阅资料能力。
2 实训任务及要求 2.1 任务描述 一单片机为控制核心设计一款直流电机电机控制系统，可以实现直流电机的加速、正转、反转等控制方式。 2.2 任务要求 1)用AT89C51单片机实现上述任务要求； 2)在Keil IDE中完成应用程序设计与编译； 3)在Proteus环境中完成电路设计、调试与仿真。
3 系统硬件组成与工作原理 3.1单片机的控制器与最小系统 单片机的最小系统是指有单片机和一些基本的外围电路所组成的一个可以使单片机工作的系统，一般来说，它包括单片机、晶振电路和复位电路（如图一）。 图1 最小系统设计截图 （一）控制器部分分析 AT89C51（如图2）是一种带4K字节FLASH存 储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微 处理器，俗称单片机。 AT89C51提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪 速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两 个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构， 一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支 持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及 中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，
无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的，输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见，随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。”
图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括： 1 永磁同步电机（PMSMs）； 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机； 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机； 4 内嵌式磁铁无刷直流电机； 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机； 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电
设计题目:直流电机控制电路设计 一设计目得 1掌握单片机用PWＭ实现直流电机调整得基本方法,掌握直流电机得驱动原理。 2学习模拟控制直流电机正转、反转、加速、减速得实现方法. 二设计要求 用已学得知识配合5１单片机设计一个可以正转、反转或变速运动得直流电机控制电路，并用示波器观察其模拟变化状况。 三设计思路及原理 利用单片机对PWM信号得软件实现方法.MCS一５１系列典型产品8051具有两个定时计数器。因为PWＭ信号软件实现得核心就是单片机内部得定时器，所以通过控制定时计数器初值，从而可以实现从８051得任意输出口输出不同占空比得脉冲波形。从而实现对直流电动机得转速控制。 .AT８9Ｃ5１得P1、0—P1、2控制直流电机得快、慢、转向,低电平有效.P3、0为PＷM波输出,P3、１为转向控制输出，Ｐ3、2为蜂鸣器。PWM控制DC电机转速，晶振为12Ｍ,利用定时器控制产生占空比可变得PＷM波，按K1键,PＷM值增加,则占空比增加,电机转快,按K2键，PＷＭ值减少，则占空比减小，电机转慢，当PWM值增加到最大值255或者最小值1时,蜂鸣器将报警 四实验器材 DＶCＣ试验箱导线若电源等器件
PROＴＵＥS仿真软件KRＩＬ软件 五实验流程与程序 #incｌuｄe 〈 reg51、h > sbiｔK1 =P１^０；增加键 ｓbit Ｋ2 =P１^１ ; 减少键 sbit K３ =P1^２；转向选择键 sbit PWＭＵOT =P3^０； PWM波输出?? ｓbｉｔｔurn_around =P3^1 ;?转向控制输出 sbiｔ BＥEP =P3^2 ；蜂鸣器 unｓiｇned iｎｔ PWＭ； void Ｂeep（void）; ｖｏiｄ deｌay（ｕnｓiｇned int n）; void main(ｖｏid) ｛ TＭOＤ=0ｘ1１；//设置T0、Ｔ1为方式1，(1６位定时器) TH0＝0 ; 65536us延时常数{ｔ=(6５536—TH)/fose／12} ?ＴL0=０； TＨ１=PＷＭ; //脉宽调节,高８位 ? TＬ１=0； ＥA=１;? //开总中断 ＥＴ0＝１; //开Ｔ0中断? ET1=１；??//开T1中断
伺服电机工作原理及和步进电机的区别 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？ 答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降.。 请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？ 答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制滚珠丝杆，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。永磁交流伺服电动机20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。 永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小，易于提高系统的快速性波纹管联轴器。⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。 伺服和步进电机 伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号）弹性联轴器，但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳膜片联轴器，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。 三、矩频特性不同
实验四直流电机PLC控制实验一、实验目的 1．掌握PLC的基本工作原理 2．掌握PID控制原理 3．掌握PLC控制直流电机方法 4．掌握直流电机的调速方法 二、实验器材 1．计算机控制技术实验装置一台 2．CP1H编程电缆一条 3．PC机一台 三、实验内容 根据输入，实现PLC对直流电机的调速PID控制。1、输入功能 （1）功能操作，按钮1 1．1、按钮1按下一次，显示SV(设定点值)。 1．2、按钮1按下两次，显示速度设定值。 1．3、按钮1按下三次，设定P值，显示。 1．4、按钮1按下四次，显示P值。 1．5、按钮1按下五次，设定I值，显示。 1．6、按钮1按下六次，显示I值。 1．7、按钮1按下七次，设定D值，显示。 1．8、按钮1按下八次，显示D值。
1．9、按钮1按下九次，显示At（PID 自调整增益） 1．10、按钮1按下十次，自整定显示 1．11、按钮1按下十一次，复位 （2）增加按钮2，数值增加 （3）减小按钮3，数值减小 （4）确定按钮4，操作确定 2、PWM脉冲输出，接输出101.00。 3、直流电机测速，光耦，接高速脉冲输入。 4、LED显示，根据按钮输入，显示设定值/测量值/加减量。 四、实验原理 1．直流无刷电机PWM调速原理 PWM的意思是脉宽调节,也就是调节方波高电平和低电平的时间比,一个20%占空比波形,会有20%的高电平时间和80%的低电平时间，而一个60%占空比的波形则具有60%的高电平时间和40%的低电平时间,占空比越大,高电平时间越长,则输出的脉冲幅度越高,即电压越高.如果占空比为0%,那么高电平时间为0,则没有电压输出.如果占空比为100%,那么输出全部电压。 PWM的占空比决定输出到直流电机的平均电压，所以通过调节占空比,可以实现调节输出电压的目的,而且输出电压可以无级连续调节。在使用PWM控制的直流无刷电动机中，PWM控制有两种方式：(1)使用PWM信号，控制三极管的导通时间，导通的时间越长，那么
电力传动控制系统——运动控制系统 （习题解答） 第1章电力传动控制系统的基本结构与组成 (1) 第2章电力传动系统的模型 (13) 第3章直流传动控制系统 (18) 第4章交流传动控制系统 (30) 第5章电力传动控制系统的分析与设计* (38)
第1章电力传动控制系统的基本结构与组成 1. 根据电力传动控制系统的基本结构，简述电力传动控制系统的基本原理和共性问题。 答：电力传动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种传动方式，由于电力传输和变换的便利，使电力传动成为现代生产机械的主要动力装置。电力传动控制系统的基本结构如图1-1所示，一般由电源、变流器、电动机、控制器、传感器和生产机械（负载）组成。 图1-1 电力传动控制系统的基本结构 电力传动控制系统的基本工作原理是，根据输入的控制指令（比如：速度或位置指令），与传感器采集的系统检测信号（速度、位置、电流和电压等），经过一定的处理给出相应的反馈控制信号，控制器按一定的控制算法或策略输出相应的控制信号，控制变流器改变输入到电动机的电源电压、频率等，使电动机改变转速或位置，再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要求运动，故又称为运动控制系统。 虽然电力传动控制系统种类繁多，但根据图1-1所示的系统基本结构，可以归纳出研发或应用电力传动控制系统所需解决的共性问题： 1）电动机的选择。电力传动系统能否经济可靠地运行，正确选择驱动生产机械运动的电动机至关重要。应根据生产工艺和设备对驱动的要求，选择合适的电动机的种类及额定参数、绝缘等级等，然后通过分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的校验。 2）变流技术研究。电动机的控制是通过改变其供电电源来实现的，如直流电动机的正反转控制需要改变其电枢电压或励磁电压的方向，而调速需要改变电枢电压或励磁电流的大小；交流电动机的调速需要改变其电源的电压和频率等，因此，变流技术是实现电力传动系统的核心技术之一。 3）系统的状态检测方法。状态检测是构成系统反馈的关键，根据反馈控制原理，需要实时检测电力传动控制系统的各种状态，如电压、电流、频率、相位、磁链、转矩、转速或位置等。因此，研究系统状态检测和观测方法是提高其控制
第十一章直流传动控制系统 11.1、何谓开环控制系统？何谓闭环系统？两者各具有什么优缺点？ 答：系统只有控制量(输入量)对被控制量(输出量)的单向控制作用，而不存在被控制量的影响和联系，这样的控制系统称为开环控制系统。优点是结构简单能满足一般的生产需要； 缺点是不能满足高要求的生产机械的需要。 负反馈控制系统是按偏差控制原理建立的控制系统，其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制作用，又有反向的反馈控制作用，形成一个闭环，故又称为闭环控制系统或反馈控制系统。优点是可以实现高要求的生产机械的需要，缺点是结构复杂。 11.2、什么叫调速范围、静差度？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围。 答：电动机所能达到的调速范围，是电动机在额定负载下所许可的最高转速n max和在保证生产机械对转速变化率的要求前提下所能达到的最低转速n min之比，以D表示。所谓转速变化率亦即调速系统的静差度（或稳定度），就是电动机由理想空载到额定负载时的转速降Δn N与理想空载转速n0的比值，以S表示。两者之间的关系是：D=n max S2/[Δn N(1-S2)]。在保证一定静差度的前提下，扩大系统调速范围的方法是提高电动机的机械特性的硬度以减小Δn N。 11.3、生产机械对调速系统提出的静态、动态技术指标主要有哪些？为什么要提出这些技术 指标？ 答：生产机械对调速系统提出的静态技术的指标有静差度、调速范围、调速的平滑性。动态技术指标有最大超调量、过渡过程时间、振荡次数。 提出这些技术指标的原因是因为机电传动控制系统调速方案的选择，主要是根据生产机械对调速系统提出的调速技术指标来决定的。 11.4、为什么电动机的调速性质应与生产机械的负载特性相适应？两者如何配合才能算相适 应。 答：电动机在调速过程中，在不同的转速下运行时，实际输出转矩和输出功率能否达到且不超过其允许长期输出的最大转矩和最大功率，并不决定于电动机本身，而取决于生产机械在调速过程中负载转矩T L及负载功率P L的大小和变化规律。所以，为了使电动机的负载能力得到最充分的利用，在选择调速方案时，必须注意电动机的调速性质与生产机械的负载特性要配合恰当。 一般来讲，负载为恒转矩型的生产机械应尽可能选用恒转矩性质的调速方法，且电动机的额定转矩T N应等于或略大于负载转矩T L；负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速方法，且电动机的额定功率P N应等于或略大于生产机械的静负载功率P L。 11.5、有一直流调速系统，其高速时的理想空载转速n01=1480r/min，低速时的理想空载转速 n02=157/min，额定负载时的转速降Δn N=10r/min。试画出该系统的静特性（即电动机的机械特性），求调速范围和静差度。 解：调速范围：D=n max/n min=(n01-Δn N)/(n02-Δn N)=(1480-10)/(157-10)=1470/147=10高速时的静差度：S1=Δn N/n01=10/1480=0.0068 低速时的静差度：S2=Δn N/n02=10/157=0.064 机械特性曲线如下图所示：
2012/2013学年第一学期《精密测控与系统》期末大型作业 日期：2012 年11 月 题目与要求： 直流电机转速控制问题，直流电动机物理模型如下图所示。
电动机产生的转矩与电枢电流成正比，即：t t T K i =，电枢绕组的反电动势与转速成正比，即：e d e K dt θ=，牛顿第二定律：2 2d T J dt θ=，其中J 为电机轴上的转动惯 量。 已知：转动惯量：2 2 0.01kg.m /s J =，机械系统摩擦系数：0.1N.m.s b =，电动机力矩 系数：0.01N.m/A e t K K ==，电阻：1R =Ω ，电感：0.5H L =。假设电机转动系统刚 性，输入量为直流电压V ，输出量为电机转速θ 。 问题1：建立该系统的时域数学模型。 问题2：给出该系统的传递函数，用Matlab 计算该系统的阶跃响应曲线，给出阶 跃响应的特征参数。 问题3：建立该系统的状态空间表达式，用Matlab 计算该系统的阶跃响应曲线。 问题4：加入速度反馈及PID 控制器环节，使系统性能达到: （a ） 建立时间<2s; （b ） 超调量<5%; （c ） 稳态误差<1%. 问题5：采用下图所示的模糊控制系统 系统中的模糊控制器是一个双输入单输出型的控制器，输入变量为转速的误差e 和转速误差的变化率Δe ，输出为直流电压的增量ΔV 。请选用合适的隶属度函数，建立该系统的模糊控制规则库，对电机的转速进行控制使期望转速为1000r/min ，建立时间<2s;超调量<5%;稳态误差e<±1.0%。 问题6：通过这个大型作业，谈谈你对本课程的学习心得和体会，以及对本课程授课方式的建议和改进。 一、建立该系统的时域数学模型
1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展，无刷直流电机发展的初期，由于大功率开关器件的发展处于初级阶段，性能差，价格贵，而且受永磁材料和驱动控制技术的约束，这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内，都停
伺服电机原理 一、交流伺服电动机 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似。其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅 0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）。 交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。 交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。 二、交流伺服电动机原理 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈
液压伺服控制系统的优缺点 参考资料：https://www.doczj.com/doc/3612551951.html,/s/blog_71facf0001010n63.html 液压伺服控制系统，是在液压传动和自动控制理论基础上建立起来的一种自动控制系统。近年来,随着自动控制的发展,无论是电气或液压伺服系统,在所有的工业部门中都开始得到应用,并普遍地为人们所熟知起来。由于其具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、出力大,刚性好,响应快,精度高等特点，因而在工业上获得了广泛的应用。 一、液压伺服控制系统的优点 现对液压伺服控制系统在设计和应用中体现的优缺点进行一下归纳和总结。同机电伺服系统、气动伺服系统相比较，液压伺服系统具有以下的突出特点，以致成为采用液压系统而不采用其他控制系统的主要原因： 1、重量比大 在同样功率的控制系统中，液压系统体积小，重量轻。这是因为对机电元件，例如电动机来说，由于受到激磁性材料饱和作用的限制，单位重量的设备所能输出的功率比较小。液压系统可以通过提高系统的压力来提高输出功率，这时只受到机械强度
和密封技术的限制。在典型的情况下，发电机和电动机的功率比仅为16.8W/N，而液压泵和液压马达的功率——重量比为 168W/N，是机电元件的10倍。在航空、航天技术领域应用的液压马达是675W/N。直线运动的动力装置更加悬殊。 这个特点，在许多场合下，在采用液压伺服而不采用其他伺服系统的重要原因，也是直线运动系统控制系统中多用液压系统的重要原因。例如在航空、特别是导电、飞行器的控制中液压伺服系统得到了很广泛的应用。几乎所有的中远程导弹的控制系统都是采用液压控制系统。 2、力矩惯量比大 一般回转式液压马达的力矩惯量比是同容量电动机的10倍至20倍，一般液压马达为61x10Nm/Kgm2。力矩惯量比大，意味着液压系统能够产生大的加速度，也意味着时间常数小，响应速度快，具有优良的动态性能。因为液压马达或者电动机消耗的功率一部分来克服负载，另一部分消耗在加速液压马达或者电动机本身的转子。所以一个执行元件是否能够产生所希望的加速度，能否给负载以足够的实际功率，主要受到它的力矩惯量比的限制。 这个特点也是许多场合下采用液压系统，而不是采用其他控制系统的重要原因。例如火箭炮武器的防真系统中，要求平台
实验一直流电机速度控制与PID参数校正 一、实验目的 1、掌握调整直流伺服驱动器PID参数的方法 2、理解不同转动惯量对系统性能指标的影响 二、实验要求 通过simulink对电机进行仿真，确定合适的PID参数。随后对直流电机进行电流环、速度环、位置环的PID控制，通过改变系统转动惯量，根据期望性能指标整定直流伺服驱动器的电流环、速度环、位置环PID参数，确保理论曲线与实际曲线尽量拟合。进一步地分析直流电机控制精度的影响因素。 三、实验设备 1、直流伺服系统控制平台，GSMT2012； 2、PC、Easy Motion Studio软件； 四、实验原理 转动惯量是刚体转动时惯量的度量，其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。转动惯量在旋转动力学中的质量，所以当系统转动惯量增大后，相同的控制器参数情况下，系统的性能指标一定下降。为保持原有的性能指标，必须重新整定PID参数。 五、实验步骤 1、Easy Motion Studio软件对直流电机进行测试 Easy Motion Studio是针对直流电机控制器进行参数调整的专业软件，它能够实时在线的对电机的参数进行调整，并通过编码器对电机参数进行测试，并通过软件界面观测调试结果，最终成功选择合适的PID参数。首先，对Easy Motion Studio软件进行了解。 点击图标，进入软件界面，选择“Open”，并点击“OK”。如下图所示。
进入软件界面后，在“View”菜单下，选择“Project”即可得到以下界面。 选择在左列的下拉菜单选择“Setup”，并选择“Edit”，在这里对直流电机的参数可以方便地进行调整，并可对调整后的结果进行实时观测。需要注意的是，在这里电机应选择T54。并 选择“Save to User Database”。
第二章 液压放大元件 习题 1. 有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3 108-?=，径向间隙m r c 6105-?=，供油压力Pa p s 51070?=，采用10号航空液压油在40C ?工作，流量系数62.0=d C ，求阀的零位系数。s pa ??=-2104.1μ3/870m kg =ρ 解：对于全开口的阀，d W π= 由零开口四边滑阀零位系数 s m p w C K s d q /4.1870/107010814.362.02530=????=?=-ρ ()s p m r K a c c ??=???????=?=----/104.410 4.13210814.310514.3323 122 3620μπ m p K K r p C K a c q c s d p /1018.332110 02 0?== ?= πρ μ 2. 已知一正开口量m U 3 1005.0-?=的四边滑阀，在供油压力Pa p s 51070?=下测得零位泄漏流量min /5L q c =，求阀的三个零位系数。 解：正开口四边滑阀零位系数ρ s d q p w c k 20= s s d co p p wu c k ρ = ρ s d c p wu c q 2= s m q K c q /67.11005.060/1052 3 30 =??==--ν s a s c c p m p q K ?--?=???==/1095.51070260/10523125 30 m p K K K a c q p /1081.2110 00?==
3. 一零开口全周通油的四边滑阀，其直径m d 3 108-?=，供油压力Pa p s 510210?=，最大开口量m x m 30105.0-?=，求最大空载稳态液动力。 解：全开口的阀d W π= 最大空载液动力： 4.11310 5.010********.343.043.035300=???????=??=--?m s s x p W F 4. 有一阀控系统，阀为零开口四边滑阀，供油压力Pa p s 510210?=，系统稳定性要求阀的流量增益s m K q /072.22 0=，试设计计算滑阀的直径d 的最大开口量m x 0。计算时取流量系数62.0=d C ，油液密度3 /870m kg =ρ。 解：零开口四边滑阀的流量增益： 870 /1021014.362.0072.25 0????=??=d p W C K s d q ρ 故m d 3 1085.6-?= 全周开口滑阀不产生流量饱和条件 67max >v X W mm X om 32.0=
设计题目：直流电机控制电路设计 一设计目的 1 掌握单片机用PWM实现直流电机调整的基本方法，掌握直流电机的驱动原理。 2 学习模拟控制直流电机正转、反转、加速、减速的实现方法。 二设计要求 用已学的知识配合51单片机设计一个可以正转、反转或变速运动的直流电机控制电路，并用示波器观察其模拟变化状况。 三设计思路及原理 利用单片机对PWM信号的软件实现方法。MCS一51系列典型产品8051具有两个定时计数器。因为PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，所以通过控制定时计数器初值，从而可以实现从8051的任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。从而实现对直流电动机的转速控制。 。AT89C51的P1.0—P1.2控制直流电机的快、慢、转向，低电平有效。P3.0为PWM波输出，P3.1为转向控制输出，P3.2为蜂鸣器。PWM控制DC电机转速，晶振为12M，利用定时器控制产生占空比可变的PWM波，按K1键，PWM值增加，则占空比增加，电机转快，按K2键，PWM值减少，则占空比减小，电机转慢，当PWM值增加到最大值255或者最小值1时，蜂鸣器将报警 四实验器材
DVCC试验箱导线若电源等器件 PROTUES仿真软件KRIL软件 五实验流程与程序 #include < reg51.h > sbit K1 =P1^0 ; 增加键 sbit K2 =P1^1 ; 减少键 sbit K3 =P1^2 ; 转向选择键 sbit PWMUOT =P3^0 ; PWM波输出 sbit turn_around =P3^1 ; 转向控制输出 sbit BEEP =P3^2 ; 蜂鸣器 unsigned int PWM; void Beep(void); void delay(unsigned int n); void main(void) { TMOD=0x11; //设置T0、T1为方式1，（16位定时器） TH0=0 ; 65536us延时常数{t=(65536-TH)/fose/12} TL0=0; TH1=PWM ; //脉宽调节，高8位 TL1=0; EA=1; //开总中断 ET0=1; //开T0中断
创作编号：BG7531400019813488897SX 创作者：别如克* 伺服电机内部结构
伺服电机工作原理
伺服电机原理 一、交流伺服电动机 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、2 6V、36V、115V等多种。