伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計.ppt

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1、伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計,概述 伺服系統(tǒng)典型負載分析和計算 伺服系統(tǒng)控制方案選擇 伺服電機選擇 伺服檢測裝置的選擇 放大裝置選擇,概 述,伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計的內(nèi)容 對控制對象運動與動力學(xué)分析、負載分析、執(zhí)行電動機及傳 動裝置的確定、測量元件的選擇、放大裝置的選擇與設(shè)計計算。 伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計目的 確定系統(tǒng)的基本不變部分的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)態(tài)設(shè)計的結(jié)果確定了系 統(tǒng)的控制能力。 動態(tài)設(shè)計計算則是在此基礎(chǔ)上使系統(tǒng)達到要求的動態(tài)性能。包 括滿足動態(tài)誤差、穩(wěn)定性及快速性要求。 伺服系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計特點 穩(wěn)態(tài)設(shè)計運用基礎(chǔ)知識面更寬，需要有一定的實踐經(jīng)驗。,工程定量計算的計量單位 我國計量管理規(guī)定一律采用國際單位制(SI)

2、。國內(nèi)有些產(chǎn)品銘 牌數(shù)據(jù)仍沿用工程單位制。在計算時應(yīng)統(tǒng)一換算成國際單位制。,伺服系統(tǒng)典型負載分析和計算,明確了系統(tǒng)技術(shù)指標后，研究被控對象的運動學(xué)、動力學(xué) 特性，根據(jù)對象的具體特點和受載情況選擇執(zhí)行元件。 掌握了一般性研究方法后，需對負載作定量分析，根據(jù)對 象的實際運動規(guī)律來建立負載和干擾模型。 一、系統(tǒng)典型負載分析 隨動系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)一般來說都是由執(zhí)行電動機(或液 壓、氣動馬達)帶動被控對象做機械運動。其控制特性與被 控對象相聯(lián)系的動力學(xué)特性關(guān)系極大。 被控對象能否達到預(yù)期的運動狀況，完全取決于系統(tǒng)的穩(wěn) 態(tài)和動態(tài)性能。 系統(tǒng)常見的負載類型有：摩擦負載、慣性負載、阻尼負 載、重力負載

3、、彈性負載以及流體動力負載等，前兩項幾乎 任一系統(tǒng)均有。,1.摩擦負載 在任何機械傳動系統(tǒng)中，每一對相對運動物體的接觸表面之間 都存在著摩擦。普通的現(xiàn)象，情況卻十分復(fù)雜。 在工程設(shè)計中，多采取實測的辦法，或采用手冊提供的數(shù)據(jù)做 近似地估算。 從接觸表面的相對運動形式看，有滑動摩擦與滾動摩擦。在條 件相同的情況下，滾動摩擦力比滑動摩擦力小。 以接觸表面之間的潤滑條件來看，有干摩擦、粘性摩擦(或稱濕 摩擦)和介于兩者之間的邊界摩擦(俗稱半干摩擦)。在條件相同情 況下，干摩擦最大，粘性摩擦小，半干摩擦力介于兩者之間。 摩擦力Fc = fN。 摩擦系數(shù)f與法向壓力、接觸表面特性、粗糙度、溫度

4、、滑動速 度、接觸時間等均有關(guān)。,輸出軸上承受的摩擦力矩是由系統(tǒng)整個機械傳動各部分的摩擦 作用綜合的結(jié)果。以旋轉(zhuǎn)運動為例: 靜摩擦力矩最大，隨著輸出角速度的增加(01)時，摩擦力矩又 略有增加或保持不變。摩擦負載對系統(tǒng)的工作品質(zhì)影響很大。 對隨動系統(tǒng)而言，摩擦負載影響系統(tǒng)的控制精度。當要求低速 跟蹤時，由于摩擦負載在低速區(qū)有dMc/d<0，系統(tǒng)將出現(xiàn)的低 速爬行現(xiàn)象。,2.慣性負載 物體作變速運動時便有慣性負載產(chǎn)生。當執(zhí)行元件帶動被控對 象沿直線作變速運動時，被控對象存在有慣性力FL FL = - m (dv/dt) 式中m為被控對象質(zhì)量；v為運動速度；負號表示慣

5、性力FL的方 向始終阻止速度變化。 當系統(tǒng)所帶的被控對象作旋轉(zhuǎn)運動時，被控對象形成的慣性負載 轉(zhuǎn)矩為 ML = - JLd/dt 式中ML為慣性負載轉(zhuǎn)矩；JL為被控對象繞其轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量； 為其角速度。JL= m為質(zhì)點質(zhì)量，r為繞軸半徑。 具有簡單幾何形狀的質(zhì)量均勻分布的物體轉(zhuǎn)動慣量表達式列入34 頁表3.2中。圖形較為復(fù)雜的對象可用簡單形狀組合而成。 流體中作變速運動時，除自身的慣性力和慣性力矩以外，還有 部分有水引起的附加質(zhì)量(或附加質(zhì)量慣量)。,3.阻尼負載 當被控對象在流體中運動時，除了形成一定的附加質(zhì)量慣量 (或附加質(zhì)量轉(zhuǎn)動慣量)以外，還會產(chǎn)生一個由于

6、流體摩擦、興波 等原因而造成的阻力(或阻力矩)，這個力(或力矩)與物體運動的 速度、速度的平方甚至更高次方成比例。在相對運動速度不高情 況下，可以認為阻尼力(或力矩)與運動速度(或角速度)成比例。 Fv = - bv M = - 2N Fv為阻尼力；b為阻尼系數(shù)；v為對象在流體中的運動速度； M為阻尼力矩；2N為阻尼力矩系數(shù)（或阻尼系數(shù)）。 在分析船在水中運動或者類似舵、鰭等伸出船外的裝置在水中 轉(zhuǎn)動時，會用到阻尼力(力矩)和附加水質(zhì)量(或轉(zhuǎn)動慣量)。有時 在減速箱中為保持良好潤滑而注入一些潤滑油也會產(chǎn)生阻尼力 (力矩)。,綜合以上情況，可以用一個通式來表

7、示負載力矩，即 F = - Fcsig(v) bv - m dv/dt M = - Mcsig() - 2N- Jd/dt 式中的b和2N根據(jù)運動存在的介質(zhì)，可以是某個常數(shù)(在流體中)， 也可以是零(在空氣中)。 4.其他工作阻力負載 除了上述三項由對象自身運動而產(chǎn)生的負載力(力矩)之外。有些 運動對象還會受到正常工作要克服的阻力(力矩)。例如: 切削機床的切削力(力矩)； 升降機在上升時要克服重力； 船舶減搖鰭在轉(zhuǎn)動時要克服由于重心與轉(zhuǎn)軸不一致導(dǎo)致的重力 力矩和由于浮力中心和軸線不一致而造成的浮力不平衡力矩； 雷達天線在運動時要克服風載阻力矩。,二、典型系統(tǒng)的綜合負載分析和計算

8、 實際伺服系統(tǒng)控制被控對象運動過程中，都要克服多種負載 的影響，因而需要根據(jù)各自的運動規(guī)律做具體分析和綜合。 我們在建立系統(tǒng)動力學(xué)方程以及在選擇執(zhí)行元件功率時，需 要把對象所受到的負載換算到執(zhí)行元件輸出軸上。 1.負載的傳遞和轉(zhuǎn)化 一般高速運動的執(zhí)行元件帶動相對低速運動的被控對象都需用減速裝置。三級齒輪減速器負載的傳遞與轉(zhuǎn)化。,電機經(jīng)過三級齒輪減速而帶動負載。Z11，Z12，代表各級齒 輪齒數(shù)。電機至負載的總速比為i 。,2.負載的綜合特性 例1：龍門刨床工作臺控制 系統(tǒng)負載分析與綜合 設(shè)R為與工作臺齒條相 嚙合的齒輪節(jié)，圓半徑i為 電機與該齒輪之間傳動鏈 的總速比，為總效率。 ,例2

9、：火炮方位隨動系統(tǒng)分析與綜合。 火炮跟蹤等速直線飛行目標的運動規(guī)律如下。當系統(tǒng)跟蹤目標 時，角速度dA/dt始終為正值，故摩擦力矩Mc可視為常值。 設(shè)運動部分轉(zhuǎn)動慣量不變，慣性力矩Mj應(yīng)與 的規(guī)律一 致。若在跟蹤過程中對目標進行射擊，則會有沖擊力矩Ms作用在 執(zhí)行軸上，系統(tǒng)承受的總的負載力矩t1時刻M出現(xiàn)的脈沖為迭加 了沖擊力矩Ms所致。,例3 減搖鰭轉(zhuǎn)鰭力矩分析與綜合 船舶減搖鰭在船舷外的空間位置示意圖。 鰭在與平行迎面來流之間的攻角為 。由于鰭上方的水流受 擠而流線變密，導(dǎo)致流速增加，鰭下方流速減小。鰭上方的靜壓 小于下方的靜壓，兩者的壓差如圖中排線箭頭形成的包絡(luò)線?？?/p>

10、 的合力作用點為P，合力為R。R可以分解為升力Y和阻力X，升 力Y對船重心形成扶正力矩。合力對軸線O形成一力矩M01。此時 如果鰭首向上轉(zhuǎn)動，則M01將阻礙鰭轉(zhuǎn)動。,當鰭角做一般性的運動時，流體動力形成的力矩為 式中M01為定常流體動力力矩。因為鰭軸不在首部，故呈非平衡 狀態(tài)。M01 = Cm1 ,Cm1是用實驗方法獲得的與攻角有關(guān)系數(shù)； M02為非定常力矩，它與攻角角速度和攻角 有關(guān)。 計算Cm2比較復(fù)雜，需根據(jù)一定的圖譜公式，然后再假定鰭角 做某種規(guī)律的運動，一般假定 = sint。這樣才 能知道 與 的對應(yīng)關(guān)系得Cm2。一般等于1.32倍的船的 諧搖頻率。 ,M03是一項與

11、加速度 有關(guān)的慣性力矩。它是由鰭自身的 轉(zhuǎn)動慣量和附加水質(zhì)量慣量引起的慣性力矩。 式中的J是鰭、鰭軸和做搖擺運動的連動部分總的轉(zhuǎn)動慣量, J是附加水質(zhì)量轉(zhuǎn)動慣量。 Mc是摩擦力矩。由于有防止?jié)B漏的密封裝置，摩擦力矩比 一般的傳動要大，通過實船實驗表明：Mc約占總力矩的 10%20%。 M01是由重力不通過軸線和浮力不通過軸線引起的不平 衡力矩。按鰭的幾何形狀和空間布置可算出。,三、隨機干擾負載模型 控制系統(tǒng)常常遇到非確定的隨機干擾負載，需要根據(jù)實際情 況來建立隨機干擾負載模型（干擾負載的譜密度函數(shù)）。 例4 雷達天線隨動系統(tǒng)的風載模型。 考慮隨機信息(例如風速、陀螺漂移等)的值是躍變

12、的，每一 區(qū)段值與以前區(qū)段值無關(guān)，而且躍變時刻t1,t2,t3,是隨機的。 先求這類信號的相關(guān)函數(shù)，相關(guān)函數(shù)是相距為時刻的兩個函 數(shù)值的乘積的平均值。當x(t)和x(t+)處在同一區(qū)段時 x(t)x(t+) = 而當x(t)和x(t+)處于不同區(qū)段時，有 x(t)x(t+) =,設(shè)t和t+在同一區(qū)段的概率為Q()，則相關(guān)函數(shù)可表示為 R()為信號在時間間隔內(nèi)不變的概率。 設(shè)是信號在單位時間內(nèi)的平均變化次數(shù)，在t足夠小時， 在t內(nèi)變化的概率就是t，而不變化的概率是1-t。將 (0，)分為成r個t，第一個t內(nèi)不變的概率為(1-t)，第 一個t和第二個t均不變的概率為(1

13、-t)2，在r個t內(nèi)均 為不變的概率是(1-t) r。以/t代替r，并令t0，得,信號在(0，)內(nèi)不變的概率，即 從上式可以看到，這類譜密度函數(shù)的主要參數(shù)是均方值和單 位時間內(nèi)變化次數(shù)。這兩個參數(shù)一般可以根據(jù)物理過程來近似 得到。就雷達天線的風載而言，可以先估算風載力矩均方值，再 根據(jù)當?shù)仫L速在單位時間內(nèi)變化的次數(shù)確定。有了這兩個參 數(shù)，就可以確定風載譜密度了。,舉例說明：設(shè)有直徑為6m的天線，已知平均風速V0 =72 km/h， 陣風最大風速Vm=96km/h,=0.11(1/s)，天線上的風載力矩為,例5 斜浪航行時的橫搖干擾模型 假設(shè)：波浪是一維平穩(wěn)隨機過程，也就是其譜密度是單參

14、數(shù)譜 船舶傍浪航行時波浪對船舶的橫搖干擾模型為 K()是考慮船的寬度和吃水深度對波浪來說并不是一個點而引 起的修正系數(shù)；為波傾角，波傾角是波動方程(X,t)對坐標X 的導(dǎo)數(shù)，相當于船所在波面位置處波面和水平面的夾角；S() 為海浪波幅譜密度。 航向與浪向的夾角（參考方向：相對為0）,斜浪航行時，航速會影響船與波浪的遭遇頻率。逆斜浪使船 與波浪遭遇周期變短，順斜浪則其變長。斜浪航行時波傾角與傍 浪航行是不一致的。這兩種因素都使橫搖干擾力矩模型變化。,浪向角為逆斜浪航行的情況。波峰相對于船的傳播速度為,絕對坐標系里的海浪波幅譜密度是S()，相對坐標系里波 幅譜密度是S(e)。波能譜從S(

15、)到S(e)，總能量并沒有 變化。對應(yīng)d和de區(qū)間的能量相等，即 S()d= S(e)de 因為有,考慮斜浪航行時波傾角的變化。斜浪航行時，相對波長已不 是而是。此時對應(yīng)橫剖面的波傾角 u=sin 式中為傍浪時的波傾角。 當考慮以上所討論的兩種因 素后，船在斜浪航行時的橫搖 干擾力矩模型是 斜浪時波傾角幅度變化僅僅在船的長度相對于波長是很小的 情況下才有意義。當船長與波長相接近時，沿船長不同的橫剖 面上波傾角不僅在大小而且在符號上也發(fā)生了變化。 ,伺服系統(tǒng)控制方案選擇,一、控制方案的選擇 伺服系統(tǒng)的都是為某一具體的控制對象服務(wù)的，因而必須 按照對象的特點和需要，

16、制訂方案，以作為依據(jù)。 系統(tǒng)控制方案的選擇要考慮系統(tǒng)的性能指標要求，元件的 資源和經(jīng)濟性；工作的可靠性和使用壽命；可操作性能和可 維護性能。方案分類 直流、交流、交直流混合和數(shù)字控制等方案； 單回路和多回路方案； 線性控制和非線性控制方案； 前饋控制和補償控制，亦稱復(fù)合控制等。 連續(xù)控制和離散控制混合系統(tǒng)是一個重要技術(shù)發(fā)展方向。,方案的比較 1、直流、交流與混合控制方案比較,2、單回路，雙回路和多路比較 單回路容易實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，但性能上有缺陷。 對系統(tǒng)參數(shù)變化比較敏感。系統(tǒng)開環(huán)特性G(s)=Gc(s)G0(s)都 在前向通道內(nèi)，因此Gc(s)和G0(s)的參數(shù)變化將全部反映在

17、閉環(huán) 傳遞函數(shù)的變化中。 抑制干擾能力差。存在干擾作用時，系統(tǒng)輸出對干擾作用 N(s)和N2(s)的傳遞函數(shù)分別為 ,對于二階系統(tǒng)，在一定頻率范圍內(nèi)，1-(s)1, 系統(tǒng)對于擾 動N(s) 比沒有反饋時要差。因此，單回路控制系統(tǒng)難于抑制干 擾作用的影響。 在單回路系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)的指標要求較高，系統(tǒng)的增益應(yīng) 當較大，則系統(tǒng)通過串聯(lián)校正很可能難以實現(xiàn)，必須改變系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)。 單回路控制系統(tǒng)只適用于被控對象比較簡單。性能指示要求 不很高的情況。 在要求較高的控制系統(tǒng)中，一般采用雙回路和多回路結(jié)構(gòu)。 雙回路控制系統(tǒng)對輸入和干擾的傳遞函數(shù)分別為,可以選擇串聯(lián)校正裝置Gc1(s)和并聯(lián)校正裝置Gc

18、2(s)來滿足對 R(s)和N(s)的指標要求。由于有了局部反饋，可以充分抑制N(s) 的干擾作用，而且當部件G2(s)的參數(shù)變化很大時，局部閉環(huán)可 以削弱它的影響。一般局部閉環(huán)是引入速度反饋。它還可改善 系統(tǒng)的低速性能和動態(tài)品質(zhì)。 選擇局部閉環(huán)的原則如下：一方面要包圍干擾作用點及參數(shù) 變化較大的環(huán)節(jié)，同時又不要使局部閉環(huán)的階次過高(一般不高 于三階)。,3、復(fù)合控制 反饋控制是按照被控參數(shù)的偏差進行控制的，只有當被控參 數(shù)發(fā)生變化時，才能形成偏差，從而才有控制作用。復(fù)合控制 則是在偏差出現(xiàn)以前，就產(chǎn)生控制作用，屬于開環(huán)控制方式。 前饋控制又叫順饋控制或開環(huán)補償。引入前饋控制的目的之 一

19、是補償系統(tǒng)在跟蹤過程中產(chǎn)生的速度誤差，加速度誤差等。 補償控制是對外界干擾進行補償。當外界干擾可量測時，通 過補償網(wǎng)絡(luò)，引入補償信號可以抵消干擾作用對輸出的影響。 對干擾實現(xiàn)了完全的不變性。,二、選擇方案的注意事項 選擇方案最基本的依據(jù)就是用戶對系統(tǒng)的主要技術(shù)要求。針 對不同的使用環(huán)境，選擇方案的出發(fā)點就不同。 軍用伺服系統(tǒng)：工作品質(zhì)、可靠性和靈活性； 民用伺服系統(tǒng)：長期運行的經(jīng)濟性； 系統(tǒng)運行速度很高，且經(jīng)常處于加速度狀態(tài)，對精度的要求 高時，可以設(shè)計二階無差度系統(tǒng)或者采用復(fù)合控制系統(tǒng)。 負載調(diào)速范圍很寬時，一般選無槽電動機。高性能系統(tǒng)中， 一般選大慣量寬調(diào)速伺服電動機，采用直接耦合傳動方

20、案。 考慮電磁兼容性要求。 選擇方案應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的主要要求，初步擬定方案，進行可行 性分析、試驗，進一步補充和完善。有時需要構(gòu)思幾個方案進行 對比、優(yōu)化，方案確定后便可按照設(shè)計步驟逐項進行，并在試驗 中作局部修改。,伺服電機選擇,伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，可采用電動機、液壓泵和液壓馬達、 氣動設(shè)備、電磁離合器等。 對執(zhí)行電機的要求如下： (1)滿足負載運動的要求（提供足夠的力矩和功率） (2) 正反轉(zhuǎn)，起停，保證系統(tǒng)的快速運動 (3) 調(diào)速范圍 (4) 功率消耗、尺寸要求 確定電機類型、額定輸入輸出參數(shù) 額定電壓UR、額定電流IR、額定功率PR、額定轉(zhuǎn)速nR 控制方式 電機到負載之間

21、傳動裝置的類型、速比、傳動級數(shù)和速比分 配，估算傳動裝置的轉(zhuǎn)動慣量和傳動效率。,一、伺服電動機的類型 直流伺服電動機、低速大扭矩寬調(diào)速電機、兩相異步電機、 三相異步電機、同步電機、滑差電機、力矩電機和步進電機。 1.直流伺服電動機 直流伺服電動機按勵磁方式分：他激、串激、并激 ?？刂?方式分電樞控制和磁場控制兩大類。 電樞控制易獲得較平直的機械特性，有較寬的調(diào)速范圍。功 率范圍幾百瓦至幾十千瓦。,磁場控制分電樞電壓保持不變和電樞電流保持不變兩種。 電樞電壓為常值，功率在幾百瓦電機，具有弱磁升速特性。在 幾十瓦以內(nèi)，且負載力矩MR較大，負載特性處于機械特性匯交點 的右邊，可以實現(xiàn)弱磁降

22、速，激磁電流IR近似與轉(zhuǎn)速成正比，可 用于可逆連續(xù)調(diào)速場合。調(diào)速范圍和調(diào)節(jié)特性的線性度均遠不如 電樞控制。 電樞電流保持不變的磁場控制，只能用于幾瓦至十幾瓦的小功 率電機，只有加較深的速度負反饋系統(tǒng)才可獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。在 只有輸出力矩(轉(zhuǎn)速可以為零)的場合比較適用 。,直流他激伺服電動機的轉(zhuǎn)矩慣量比是很小的，已不能適應(yīng)現(xiàn)代伺服控制技術(shù)要求. 兩種高性能的小慣量高速直流伺服電動機 (1)小慣量無槽電樞直流伺服電動機 無槽電樞直流伺服電動機又稱表面繞組電樞直流伺服電動 機。結(jié)構(gòu)不同之處在于電樞的鐵心表面無槽，電樞繞組與鐵心成 為一個堅實的整體，電樞繞組均勻分布在鐵心表面上，大大縮小 了電

23、樞直徑，減小了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。換向性能改善，過載能力 加強。改善低速平穩(wěn)性、擴大了調(diào)速范圍。 具有以下優(yōu)點： 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，普通電機1/10，電磁時間常數(shù)小，反應(yīng)快 轉(zhuǎn)矩慣量比大，過載能力強，最大轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大10倍 低速性能好，轉(zhuǎn)矩波動小，線性度好，摩擦小，調(diào)整范圍可達 數(shù)千比一。,具有以下缺點： 轉(zhuǎn)速高，作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行電動機仍需減速器 氣隙大，安匝數(shù)多，效率低。慣量小、熱容量較小，過載 時間不能太長。 由于電機本身轉(zhuǎn)動慣量小，負載轉(zhuǎn)動慣量可能要占系統(tǒng)總 慣量中較大成份。負載轉(zhuǎn)慣量發(fā)生變化時，影響系統(tǒng)的動態(tài)性 能。慣量匹配問題。 無槽電樞直流伺服電動機是一種大功率直

24、流伺服電動 機，主要用于需要快速動作，功率較大的伺服系統(tǒng)中， 如雷達天線的驅(qū)動、自行火炮、導(dǎo)彈發(fā)射架驅(qū)動、計算 機外圍設(shè)備以及數(shù)控機床等方面都有應(yīng)用實例。,(2)空心杯電樞直流伺服電動機 空心杯電樞直流伺服電動機是一種轉(zhuǎn)動慣量更小的直流伺服電 動機，為“超低慣量伺服電動機”。 低轉(zhuǎn)動慣量，起動時間常數(shù)可達1ms以下。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比很大，角加速度可達106rad/s2。 靈敏度高，快速性好，速度調(diào)節(jié)方便，始動電壓在100mV以下 損耗小、效率高。效率可達80%或更高。 繞組均勻分布，無齒槽效應(yīng)，轉(zhuǎn)矩波動小，低速平穩(wěn)，噪聲小 繞組的散然條件好，其電流密度可取到30A/mm。 轉(zhuǎn)子無鐵心，電樞電感

25、很小，換向性能很好，提高使用壽命 空心杯形電樞直流伺服電動機輸出功率從零點幾瓦到幾千瓦， 多用于高精度的伺服系統(tǒng)及測量裝置等設(shè)備中，如電視攝像機、 各種錄單機、X-Y函數(shù)記錄儀、數(shù)控機床等機電一化設(shè)備中。,2.低速大扭矩寬調(diào)速電動機 低速大扭矩寬調(diào)速電動機是在過去軍用低速力矩電動機經(jīng)驗的 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型電動機。相對于前面的小慣量電動機 而言，大扭矩寬調(diào)速電動機具有下列特點： 高轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比，從而提供了極高的加速度和快速響應(yīng) 高熱容量，使電機在自然冷卻全封閉條件下，仍能長時間過載 電機具有高轉(zhuǎn)矩和低速特性使得它可與對象直接耦合 電動機在大的加速度和過載情況下，有良好的換向。 電

26、動機具有足夠的機械強度，保證有長的壽命和高的可靠性。 采用能承受重載荷的軸和軸承，使得電動機在加、減速和低速 大轉(zhuǎn)矩時能承受最大峰值轉(zhuǎn)矩。 電動機內(nèi)安裝有高精度和高可靠性的反饋元件脈沖編碼器 或多極旋轉(zhuǎn)變壓器和低紋波測速發(fā)電機。 ,3.兩相異步電動機 兩相異步電動機在幾十瓦以內(nèi)的小功率隨動系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。控制方式分幅值控制和相位控制。 兩相異步電動機具有較寬的調(diào)速范圍，本身摩擦力矩小，比較靈敏。具有杯型轉(zhuǎn)子的兩相異步機轉(zhuǎn)動慣量小，因而快速響應(yīng)特性好，常見于儀表隨動系統(tǒng)中。 4.三相異步電動機 三相異步電動機控制方式有多種，如變頻調(diào)速、變電壓調(diào)速、串級調(diào)速、脈沖調(diào)速等。變頻調(diào)速可獲

27、得比較平直的機械特性，調(diào)速范圍比較寬但控制線路復(fù)雜。該調(diào)速方法目前已得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)中傳統(tǒng)使用的是利用可控硅實現(xiàn)變壓調(diào)速和串級調(diào)速，它只適用于線繞式轉(zhuǎn)子的異步電動機。變壓調(diào)速和串級調(diào)速均在單向調(diào)速時采用，低速性能差且調(diào)速范圍不寬。 與同功率的直流電機相比，三相異步電機的體積小、重量輕、價格便宜、維護簡單。,5.滑差電機(亦稱轉(zhuǎn)差離合器) 滑差電機的主動部分由原動機帶動作單向等速運轉(zhuǎn)，用直流控制它的激磁，激磁電流大小可調(diào)節(jié)其從動部分的轉(zhuǎn)速，從動部分帶動負載追隨主動部分，故只能單方向調(diào)速。其機械特性較軟，調(diào)速范圍不大，低速性能較差，但控制線路簡單。 6.步進電機 按激磁方式分永磁式、感應(yīng)式

28、和反應(yīng)式。其中反應(yīng)式結(jié)構(gòu)簡單，用得較為普遍。目前工業(yè)上多用于小功率場合，步進電機特別適合于增量控制，在機床進刀系統(tǒng)中廣泛采用。 7.力矩電機 力矩電機分直流和交流兩種。它在原理上與他激直流電機和兩相異步電機一樣，只是在結(jié)構(gòu)和性能上有所不同，比較適合于低速調(diào)速系統(tǒng)，甚至可長期工作于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)只輸出力矩，因此它可以直接與控制對象相聯(lián)而不需減速裝置。,8.直流無刷電動機 直流電動機的優(yōu)點是機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩大(力矩電機)，控制方法簡單，其缺點是有換向器和電刷。 兩相伺服電動機的優(yōu)點是沒有換向器和電刷，缺點是機械特性 和調(diào)節(jié)特性具有嚴重的非線性，轉(zhuǎn)矩小，效率低。 兩者的結(jié)

29、合，在現(xiàn)今已得以實現(xiàn)。 這種電動機用電子換向開關(guān)電路和位置傳感器代替電刷和換向 器，這使直流無刷電動機既具有直流電動機的機械特性，調(diào)節(jié)特 性，又具有交流電動機的維護方便，運行可靠、沒有電磁干擾等 優(yōu)點。 缺點是：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括電子換向器在內(nèi)的體積較大，轉(zhuǎn) 矩波動大，低速時轉(zhuǎn)速的均勻性差。控制用無刷直流電動機包括 無刷直流伺服電動機和無刷直流力矩電動機。 ,二、伺服電動機的選擇 1、基本依據(jù) （1）典型負載 干摩擦力矩 Mc= Mc sign (Nm) 慣性力矩 ML=J=J(d/dt) (Nm) 粘性摩擦力矩 M = 2N (Nm) 重力力矩 M G =

30、GL (Nm) 彈性力矩 M K = K (Nm) 風阻力矩 Mf = f (Nm) （2）描述與定量分析 典型負載與其運動參數(shù)（ ）有關(guān)，若對象運動有規(guī) 律，則可用簡單數(shù)學(xué)形式來描述； 多數(shù)被控對象的運動形態(tài)是隨記得，工程采用近似方法，選 取有代表性的工況作定量分析；,長期運行電機發(fā)熱狀態(tài) 短時超載 系統(tǒng)極限運動的承載能力 根據(jù)動態(tài)性能要求檢驗電機的響應(yīng)能力 被控對象運動與電機運動是同時進行的，既要克服對象的負 載，也要克服電機自身的負載。 （3）銘牌定量計算方法 產(chǎn)品單位要用國際單位統(tǒng)一。 a)力矩電機 產(chǎn)品參數(shù)，以LY系列永磁力矩電機目錄為例 輸出參數(shù)

31、：峰值堵轉(zhuǎn)力矩Mmbl、最大空載轉(zhuǎn)速nm0(對應(yīng)Um的實 際空載轉(zhuǎn)速)、連續(xù)堵轉(zhuǎn)力矩Mcbl； 輸入?yún)?shù)：峰值堵轉(zhuǎn)電流Imbl、峰值堵轉(zhuǎn)電壓Um、連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流 Icbl和電壓Uc； 電機參數(shù)：電勢系數(shù)Ce、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量Jr、電磁時間常數(shù)Ti,計算公式,b)直流伺服電機 輸出參數(shù)：額定轉(zhuǎn)矩MR、額定轉(zhuǎn)速nR、額定功率PR； 輸入?yún)?shù)：電樞電流IR、電樞電壓UR、激磁電流If和電壓Uf； 電機參數(shù)：電樞轉(zhuǎn)動慣量Jr、或轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩 計算公式,c)兩相異步電機 輸出參數(shù)：堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Mbl、空載轉(zhuǎn)速n0、額定輸出功率PR； 輸入?yún)?shù)：頻率f、 堵轉(zhuǎn)電流Ibl、 額定控制電

32、壓UR、 激磁電壓Uf、 每相輸入功率P； 電機參數(shù)：電機時間常數(shù)Tm、極對數(shù) 計算公式,2、單軸傳動執(zhí)行電機選擇 電機與負載直接對接（無減速器） 例1：探測器方位角跟蹤系統(tǒng),例2 小車在鋼軌上運動，需要電機驅(qū)動，已知: 小車滿載重量： G=500N，車輪半徑：R=0.2m 軌跡滾動摩擦系數(shù)：f=0.002 要求：車速可逆，vm=1.2m/s，am=0.2m/ss 系統(tǒng)最大誤差：m0.1m 零初始狀態(tài)，1(t)作用，ts 3s，選電機直接驅(qū)動。 解（1）轉(zhuǎn)換 直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動,,（2）選電機 160LY55 直接連接，參數(shù)如下:,（3）校驗 檢驗發(fā)熱溫升

33、沒有提出最大加速度要求，只在誤差范圍內(nèi)考慮。 動態(tài)性能（帶寬）,在不增大電機外徑的前提下，重新選電機。160LYX,3、多軸傳動執(zhí)行電機選擇 m/ L=i1，力矩關(guān)系：1/(i) 其中<1,選擇電機，根據(jù)運動要求，選擇傳動比i的類型，估計，并 折算到電機軸。 0.920.96 （圓柱齒輪或圓錐齒輪） 0.98 0.700.80 （齒條或蝸桿輪） 0.750.82 0.500.60 （螺母絲桿） 一般傳動部分的轉(zhuǎn)動慣量: J p(0.05 0.1) J r (J r 電機轉(zhuǎn)動慣量) 電機功率小時，取0.1，功率大時，取0.05。 進行三個方面的驗證: 溫升發(fā)熱、短時極限承

34、受力、動態(tài)頻帶 溫升發(fā)熱驗證：,短時極限承受力驗證: 以極限角加速度lim作為短時運行，此時承受的轉(zhuǎn)矩M 用過載系數(shù)來衡量，即短時(t 3s)超載 Msup = MR 鼠籠式兩相異步電機 = 1.82 空心杯兩相異步電機 = 1.11.4 伺服三相異步電機 = 2 直流伺服電機 = 3 ；直流力矩電機不能超過 M mbl 驗證標準： M MR ，對力矩電機 M M mbl 動態(tài)頻帶驗證:,例3 有一轉(zhuǎn)臺，設(shè)計水平向傳動，已知: 解: (1)單位換算 (2)初選電機,初選直流伺服電機為ZK-32C，參數(shù)如下： 輸出參數(shù)：額定轉(zhuǎn)速nR=2500r/min=261.8rad/s

35、額定功率PR=760w589.2w 輸入?yún)?shù)：電樞電流IR=8.2A ; 電樞電壓UR=110V; 電壓Uf=220V 電機參數(shù)：轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩 =0.053 可得: 電樞轉(zhuǎn)動慣量Jr= /4=0.01325 估算：,傳動比 傳動裝置采用三級圓柱齒輪和一級渦輪蝸桿傳動，總效率為: 因為電機功率小，取傳動轉(zhuǎn)動慣量Jp=0.1Jr=0.001325 (3)驗證 溫升發(fā)熱驗證：,短時極限承受力驗證: 動態(tài)頻帶驗證:,例4 小功率伺服系統(tǒng)，已知: 解: (1)單位換算 (2)初選電機,選f=400Hz兩相異步電機70sL01，其參數(shù)如下: 輸出參數(shù)：堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩M

36、bl=1000gcm=0.098Nm 空載轉(zhuǎn)速n0=4800r/min=502.6rad/s 額定輸出功率PR=16w9.54w 輸入?yún)?shù)：頻率f=400Hz、額定控制電壓UC=115V 激磁電壓Uf=115v、激磁電流If=1.1A 電機參數(shù)：電機時間常數(shù)Tm=25ms=0.025s 可求得;,傳動比 傳動裝置采用四級圓柱齒輪傳動，總效率為: 取傳動轉(zhuǎn)動慣量Jp和測速發(fā)電機Jc 折合到電機后，總轉(zhuǎn)動慣量為 (3)驗證 溫升發(fā)熱驗證：,短時極限承受力驗證: 動態(tài)頻帶驗證:,伺服檢測裝置的選擇,在伺服系統(tǒng)中，測量裝置的作用是產(chǎn)生一個與被檢測

37、量等效的電信號(如直流電流、直流電壓等)，以控制系統(tǒng)工作。 在信號的變化過程中，測量裝置會給伺服系統(tǒng)帶來誤差。測量裝置自身的精度或分辯率對整個伺服控制系統(tǒng)精度的關(guān)系很大。 對測量裝置的主要要求： (1)精度高，不靈敏區(qū)小，其誤差比整個系統(tǒng)允許誤差小得多； (2)被測量與電輸出信號之間在給定工作范圍內(nèi)具有線性關(guān)系； (3) 要求輸出信號中所含干擾成分要??； (4)輸出信號應(yīng)能在所要求的頻帶內(nèi)準確地復(fù)現(xiàn)被測量，盡量避免儲能元件造成的動態(tài)滯后； (5)機電測量裝置自身的轉(zhuǎn)動慣量要小，摩擦轉(zhuǎn)矩要??； (6)測量裝置輸出的功率應(yīng)足夠高，以便能夠不失真地傳遞信號和作進一步的信號處理；,一、調(diào)速系統(tǒng)測量裝置

38、的選擇 調(diào)速系統(tǒng)需要測速反饋，測量輸出角速度并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電 壓信號，反饋回去與輸入信號進行比較。 要求測速元件低速輸出穩(wěn)定，紋波小，線性度好。 模擬量測速元件，通常采用直流測速發(fā)電機 數(shù)字式測速元件，采用光電式脈沖發(fā)生器(亦稱增量編碼器) 介紹直流測速發(fā)電機，數(shù)字測速的原理和基本要求以及頻率/ 電壓(F/V)變換器。 1、模擬測速元件直流測速發(fā)電機 直流測速發(fā)電機的型式:永磁式、他勵式 伺服系統(tǒng)對直流測速發(fā)電機的要求 a.輸出電壓和轉(zhuǎn)速的特性線性度要好； b.輸出特性的斜率要大； c.溫度變化對輸出特性的影響要小； d.輸出電壓的紋波要??； e.輸出特性的對稱性要一致。 ,直流

39、測速發(fā)電機的誤差因素 理想的測速發(fā)電機其輸出電壓Ug與其轉(zhuǎn)軸的角速度成正比 Ug=Kg 直流測速發(fā)電機的輸出信號Ug中，包含有紋波分量或無用信號 Un(rip)(t)，稱為測速發(fā)電機的噪聲。它由以下的各種因素所引起： 換向紋波 是構(gòu)成測速發(fā)電機噪聲的主要部分，它由測速發(fā)電 機電刷和換向器之間相對運動引起的。在低速時影響尤為明顯。 電樞偏心 它產(chǎn)生周期性的有害信號，其基波頻率等于測速發(fā) 電機的角頻率。頻率相對比較低，對系統(tǒng)是有害的。與換向紋波 相比，通常是較小的。 高頻噪聲 對噪聲Un(rip)(t)影響的第三個因素是高頻噪聲或稱 “白噪聲”。它主要的是電磁感應(yīng)引起的

40、。因為信號頻率較高，可 以濾除掉，對系統(tǒng)影響不大。 ,直流測速發(fā)電機反饋的速度伺服系統(tǒng)測量裝置的選擇 Kr代表速度給定電位器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，系統(tǒng)傳遞系數(shù)K為 ,測速發(fā)電機的線性關(guān)系 低速時電動勢小，輸出有“死區(qū)”。 根據(jù)輸出斜率KF和電刷接觸壓降 Ud，可估算u f=f()特性的不靈敏 區(qū)dead=ud/KF。 選擇時，應(yīng)使不靈敏區(qū)dead

41、輸出電壓應(yīng)等于Uimax， 則電位器的電源電壓UgUimax。 選擇給定電位器和測速發(fā)電機要注意負載能力，使負載引起 的非線性效應(yīng)最小。,2、數(shù)字測速元件光電脈沖測速機 數(shù)字測速元件是由光電脈沖發(fā)生器及檢測裝置組成。它們具 有低慣量、低噪聲、高分辯率和高精度的優(yōu)點。脈沖發(fā)生器連接 在被測軸上，隨著被測軸的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生一系列的脈沖，檢測裝置對 脈沖進行比較，獲得被測軸的速度。有電磁式和光電式兩種。 原理（增量式光電編碼器）,基本要求 高分辯率 分辯率表征測量裝置對轉(zhuǎn)速變化的敏感度，當測量數(shù)值改變， 對應(yīng)轉(zhuǎn)速由n1變?yōu)閚2，則分辯率Q定義為 Q=n2-n1 (r/min) Q值

42、愈小，測量裝置對轉(zhuǎn)速變化愈敏感，亦即其分辯率愈高。 高精度 精度表示偏離實際值的百分比，即當實際轉(zhuǎn)速為n、誤差為 n時的測速精度為 e%=(n/n)100% 影響測速精度的因素有：光電測速器的不同心度制造誤差和脈沖 計數(shù)時1個脈沖的誤差。 短的檢測時間 檢測時間，即兩次速度連續(xù)采樣的間隔時間T。T愈短，愈有 利于實現(xiàn)快速響應(yīng)。 ,數(shù)字測速方法 脈沖計數(shù)測量轉(zhuǎn)速方法有三種：M法、 T法、 M/T法 M法測速 在規(guī)定的時間間隔Tg內(nèi)，測量所產(chǎn)生的脈沖數(shù)來獲 得被測速度值，這種方法稱為M法。設(shè)脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出 的脈沖數(shù)為P，且在規(guī)定的時間Tg(秒)內(nèi)，測得的脈沖數(shù)為

43、m1， 則電機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)： nM = 60m1/(PTg) (r/min) 技術(shù)指標： Q值與轉(zhuǎn)速無關(guān)，計數(shù)值m1變化1，在任何轉(zhuǎn)速下所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速 值增量均等。轉(zhuǎn)速很小時，Tg內(nèi)脈沖少，則測出的速度不準確。 欲提高分辯率，可提高P，或者增加Tg。,測量精度 測量過程有1個脈沖的檢測誤差，則相對誤差為 1/m1。轉(zhuǎn)速增加，m1增大，相對誤差減小，M法適用高速測量。 檢測時間 T=Tg=60/(PQ) 在保持一定分辯率的情況下，縮短檢測時間唯一的辦法是改用 P值大(轉(zhuǎn)盤刻線密度大或透光孔多)的光電脈沖發(fā)生器。 T法測速 測量相鄰兩個脈沖的時間來確定被測速度的方法叫 做T法測

44、速。 方法：用一已知頻率fc的時鐘脈沖向一計數(shù)器發(fā)送脈沖，此計 數(shù)器由測速脈沖的兩個相鄰脈沖控制其起始和終止。若該計數(shù)器 的讀數(shù)為m2，則電機每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為 nM = 60fc/(Pm2) (r/min),T法測速的技術(shù)指標： 轉(zhuǎn)速nM升高，Q值增大，轉(zhuǎn)速愈低，Q值愈小，亦即T法測速 在低速時有較高的分辯率。 測速精度 光電脈沖發(fā)生器制造誤差為ep%，導(dǎo)致測速的絕對 誤差隨著轉(zhuǎn)速的升高而增加。 例如ep%=10%，當nM=100r/min,nM=10r/min； 當nM=1000r/min,nM=100r/min。 另外，時鐘脈沖m2計數(shù)時，總有一個脈沖的誤差，由

45、此造成的 相對誤差為1/m2。隨著轉(zhuǎn)速nM增加，m2計數(shù)值減小，此項誤差 也隨之增大。T法在低速時有較高的精度和分辯率，適合于低速 時測量。,檢測時間 T等于測速脈沖周期Ttach，即 T=Ttach=60/(nMP) 可見，隨著轉(zhuǎn)速的升高，檢測時間將減小。確定檢 測時間的原則是：即要使T盡可能短，又要使計算機 在電機最高速運行時有足夠的時間對數(shù)據(jù)進行處理。 時鐘脈沖fc的確定 fc愈高，分辯率愈高，測速精度 愈高；但fc過高又使m2過大，使計數(shù)器字長加大，影 響運算速度。 確定方法：根據(jù)最低轉(zhuǎn)速n Mmin和計算機字長設(shè)計出 最大計數(shù)m2max，有： fc =n

46、MminPm2max/60,M/T法測速 同時測量檢測時間和此時間內(nèi)脈沖發(fā)生器發(fā)送的 脈沖數(shù)來確定被測轉(zhuǎn)速。用規(guī)定時間間隔Tg以后的第一個測速脈 沖去終止時鐘脈沖計數(shù)器，由計數(shù)器示數(shù)m2來確定檢測時間T。,注意，上中的60fc/P項是常數(shù)，在檢測時間T內(nèi)，分別計取測 速脈沖ftach和時鐘脈沖fc的脈沖個數(shù)m1和m2，即可計算出電機轉(zhuǎn) 速值。計取Tg時間內(nèi)的測速脈沖ftach的個數(shù)相當于M法，而計取 T時間內(nèi)參考時鐘脈沖fc的個數(shù)m2相當于T法，所以該測速方法兼 有M法和T法的優(yōu)點，在高速和低速段均可獲得較高分辯能力。 性能指標： 分辯率 由于Tg定時和m1計數(shù)同時開始，m1無誤差。由m2

47、變 化1時，分辯率Q為 ,測速精度 用eP(%)表示測速脈沖周期Ttach不均勻誤差，因該誤 差不累積，計取m2時只在最后一個周期內(nèi)對m2產(chǎn)生影響，同時 考慮m2可能產(chǎn)生1的誤差，由此引起測速誤差etach(%)為 參數(shù)選擇： 時鐘脈沖頻率fc的選取 測速規(guī)定時間Tg的選擇 在性能指標允許的條件下，盡可能選取小的Tg值。,數(shù)字測速方法評價 對分辯率而言 T法測速時較高，隨著速度的增大，分辯率變 壞；M法則相反，高速時較高，隨著速度降低，分辯率變差； M/T法的Q/nM是常數(shù)，與速度無關(guān)，因此它比前兩種方法都好。 從測速精度上看 以M/T法為佳。 考慮檢測時間，在標準的M法中，T=

48、Tg，與速度無關(guān)；在T法 中，因為取測速脈沖的間隔時間Ttach作為檢測時間，因而，隨著 速度的增大而減?。籑/T法檢測時間相對前兩種方法是較長的， 但是若稍微犧牲一點分辯率，選擇分辯率在最低轉(zhuǎn)速時仍使 m1=56個脈沖，便可使檢測時間幾乎與M法相同(TTg)。 另外，速度控制系統(tǒng)的響應(yīng)決不僅僅是由檢測時間確定，還 與功率轉(zhuǎn)換電路、電動機的特性以及負載情況有關(guān)。因此，檢 測時間的選取，應(yīng)視具體系統(tǒng)的要求而定。但對快速響應(yīng)要求 比較高的系統(tǒng)來說，檢測時間的影響是不容忽視的。 ,光電脈沖測速檢測裝置的選擇 允許忽略由采樣引起的相位移的條件是 tachmin10帶寬(rad/s) 式中ta

49、chmin消除采樣數(shù)據(jù)相位移所允許的測速器頻率。 在已知系統(tǒng)階躍輸入信號作用下的響應(yīng)時間ts情況下，系統(tǒng) 開環(huán)截止頻率c(c(6-10)/ts)近似求得。若把c的值作為系 統(tǒng)閉環(huán)的帶寬，則有 tachmin10c 光電測速器輸出信號的頻率為 ftach=Nn/60=N/2 （N圓盤刻線密度；n轉(zhuǎn)速） 可得： tachmin =Nn min /30 有： N300c/（nmin） 表示了帶寬c、每分鐘最低轉(zhuǎn)速nmin及圓盤密度N三者之間 極重要的輔助關(guān)系，它是選擇光電測速器的基本依據(jù)。 ,二、隨動系統(tǒng)檢測裝置的選擇 位置控制系統(tǒng)測量裝置通常采用的有圓環(huán)形旋轉(zhuǎn)電位器、自整 角

50、機(同步機)、旋轉(zhuǎn)變壓器(解算器)、碼盤、感應(yīng)同步器。 采用電位器作角度測量和角度同步傳輸是常用的一種方法。選 用電位器測量角度或傳輸角度，有滑動接觸，容易造成磨損，而 且可能出現(xiàn)溫差電動勢，影響測量精度。 要求較高的系統(tǒng)中，多采用非接觸式的角度測量和傳輸裝置 自整角機和旋轉(zhuǎn)變壓器。（略）,放大裝置選擇,在大中功率系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用了直流發(fā)電機、交磁機、磁放大 機、晶閘管放大器、液壓放大器等。在中小功率系統(tǒng)中，晶體管 功率放大器得到廣泛應(yīng)用。晶體管功率放大器具有體積小、無噪 聲、無慣性、使用方便等特點。 一、基本要求及設(shè)計內(nèi)容 基本要求： 放大裝置的功率輸出級必須與所選執(zhí)行電機相匹配 實

51、現(xiàn)對控制信號的功率放大，必須輸出足夠的功率驅(qū)動執(zhí)行電 機（電壓、電流），并滿足電機短時過載和超速運行以及突然反 向制動的工況。一般說來，功率放大器的電壓輸出幅值應(yīng)能達到 電機額定電壓的1.2倍。中小型直流電機，起動電流是額定電流的 2.55倍，功率放大器的輸出電流是電機額定電流的2.55倍。 交流電機，由于其電流過載很小，只需考慮電壓有過載能力。 ,放大裝置功率輸出級輸出阻抗要小、效率要高 在執(zhí)行元件是直流電機的情況下，放大器的輸出阻抗是電樞 回路總電阻的一部分。如果放大器的輸出阻抗不能做得很小，則 機電時間常數(shù)必然要加大，這就使得電機反應(yīng)速度變慢。因此， 應(yīng)當盡量減小功率放大器的輸出阻抗。

52、一個有效的辦法是引入電 壓負反饋。 只要加大電壓負反饋的深度，就可以無限度地減小放大器的 輸出阻抗。但實際上，由于放大器存在慣性，電壓負反饋過深， 可能導(dǎo)致動態(tài)品質(zhì)變壞。因此，合適的負反饋深度以減小輸出阻 抗，改善放大器的非線性，克服元件參數(shù)變化的影響，并改善動 態(tài)品質(zhì)。,功率放大裝置應(yīng)有足夠的線性范圍 功率放大器是末級放大，最可能出現(xiàn)飽和。過早地出現(xiàn)飽和，將 使功率放大器等效內(nèi)阻增大，輸出特性變壞，等效時間常數(shù)增大。 放大裝置的通頻帶至少應(yīng)是系統(tǒng)帶寬的5倍以上 功率放大器本身的頻帶應(yīng)大大高于系統(tǒng)的頻帶，使其時間常數(shù)成 為小參數(shù)，否則將使系統(tǒng)的階數(shù)增高，影響系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)。 放大裝置的輸

53、入級要和測量元件的輸出阻抗相匹配 放大裝置的不靈敏區(qū)比測量元件的失靈區(qū)要小，輸入級的精度要 高，還要進行溫漂的核算。 放大裝置需根據(jù)不同的執(zhí)行元件有相應(yīng)保護措施 當系統(tǒng)執(zhí)行電機為直流力矩電機或其它永磁式直流電機時，放大 裝置輸出級應(yīng)有限流保護防止電流過載。 放大裝置提供一定的制動條件以提高系統(tǒng)效率 對電機功率在500W以上，經(jīng)常可逆運行的系統(tǒng)，要求放大裝置 輸出級能提供電機發(fā)電制動條件，以提高整個系統(tǒng)的效率。,放大裝置的放大倍數(shù)確定及設(shè)計 確定放大裝置的放大倍數(shù)可根據(jù)系統(tǒng)對靜差和穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差的 要求來進行。 用靜差來確定放大倍數(shù) 設(shè)系統(tǒng)允許的靜差為ej，測量元件的誤差為ec，則其余的靜

54、差 部分是其它的元件所產(chǎn)生。放大器應(yīng)在(ej-ec)/2的信號輸入下使 輸出達到電機的額定電壓UMR。實際上，只需輸出一個電壓克服 電機失靈區(qū)并能供給電機一定電壓去克服負載中的摩擦力矩即 可。確定總放大倍數(shù)的上限值，即 Kmax=2UMR/(ej-ec) 用等速跟蹤誤差ev來確定放大倍數(shù) 系統(tǒng)以最大角速度跟蹤輸入，這時允許的等速跟蹤誤差為ev。 則放大裝置應(yīng)在誤差信號ev的輸入下，使輸出達到電機額定電壓 UMR，這樣就確定了放大倍數(shù)的下限值，即 Kmin= UMR/ev,放大倍數(shù)的分配要從后向前逐級提高，精度也從后向前逐 級提高，并在第一級放大器留有動態(tài)校正的余地。 查閱典型線路作為參考，進行具體設(shè)計。要注意放大器使 用對象的差異，必要時加保護電路。常用的小功率直流放大器 有互補推挽式，橋式以及脈沖調(diào)寬式(即PWM)；交流放大器 有推挽式和互補推挽式。大功率電機的放大裝置有晶閘管功放 和電機擴大機等，它們與測量元件之間仍然要用集成運算放大 器相連，這樣不但能實現(xiàn)信息的傳遞，而且可方便地進行動態(tài) 校正和綜合。 在設(shè)計放大裝置的同時，要把對電源，包括功率放大器所 用的電源和信號放大所用的穩(wěn)壓電源的形式(交、直流)、規(guī)格 (電壓、電流)以及精度確定下來，用于選擇或設(shè)計電源。,,,