快速响应。
此外，还要求伺服电动机的控制功率小、重量轻、体
积小等。
1.2直流伺服电动机的控制方式和运行特性
1.2.1控制方式 1.2.2 运行特性
1.2直流伺服电动机的控制方式和运行特性
1.2.1控制方式
直流伺服电动机就是一台它励直流电动机。对直流伺服电动机的控制其核心是 对转速的控制。由 n 变电动机的转速。
U a I a Ra 可知，改变电枢电压和改变励磁磁通都可以改 Ce
1. 电枢控制
励磁磁通保持不变，改变电枢绕组的
控制电压。当电动机的负载转矩不变 时，升高电枢电压，电机的转速就升
高；反之转速就降低。电枢电压等于
零时，电机不转。电枢电压改变极性 时，电机反转。 图1-1 电枢控制原理图
1.2.1控制方式
第1章 直流伺服电动机
1.1 概述
1.2 直流伺服电动机的控制方式和运行特性 1.3 直流伺服电动机的动态特性 1.4 特种直流伺服电动机 1.5 直线直流电动机
1.1概述
1. 伺服电动机的概念
2. 伺服电动机的分类
3. 控制系统对伺服电动机的基本要求
1.1概述
1. 伺服电动机的概念
伺服电动机又称为执行电动机，其功能是把输入的电压信号变换成转 轴的角位移或角速度输出。
性的，故少用。
f (I f )
Ua Te Ra n n0 kTe 2 Ce Ce C t
1.2.2 运行特性
伺服电动机的运行特性包括机械特性和调节特性。 1. 机械特性
机械特性是指电枢电压等于常数时，转速与电磁转矩之间的
函数关系，即 U a c, n f (Te )。 把Te C t I a 代入式 n U a I a Ra 得 Ce Ua Te Ra n n0 kTe 2 Ce Ce C t Ua Ra ，为理想空载转速； ，为直线的斜率。 n0 k 2 Ce C e C t
2. 伺服电动机的分类
普通直流伺服电动机
直流伺服电动机 低惯量直流伺服电动机 直流力矩电动机
两相感应伺服电动机
交流伺服电动机 三相感应伺服电动机 无刷永磁伺服电动机
直线伺服电动机
电机为直线运动
1.1概述
3. 控制系统对伺服电动机的基本要求
宽广的调速范围； 机械特性和调节特性均为线性；
无“自转”现象；
2．磁场控制
电枢绕组电压保持不变，改变励磁回路的电压。若电 动机的负载转矩不变，当升高励磁电压时，励磁电流 增加，主磁通增加，电机转速就降低；反之，转速升 高。改变励磁电压的极性，电机转向随之改变。 尽管磁场控制也可达到控制转速大小和旋转方向的目 的，但励磁电流和主磁通之间是非线性关系，且随着 励磁电压的减小其机械特性变软，调节特性也是非线
调节特性为一上翘的直线。
Ts Ra –始动电压 Ct
Ua0
k1
1 – 特性斜率 Ce
图1-4 直流伺服电动机的调节特性
1.2.2 运行特性
（1） Ua0和k1的物理意义 始动电压Ua0： Ua0是电动机处在待动而又未动临界状态时的控制电压。 由 n
Ua TR s a 2，当n=0时，便可求得 Ce CeCt R U a U a0 a Ts C t
1.2.2 运行特性
Ua Te Ra n n0 kTe 2 Ce CeCt
n0
机械特性为一直线
Ua -理想空载转速 Ce
Tk Ct
k
Ua -堵转转矩 Ra
Ra Δn -直线斜率 CeCt 2 ΔT
图 1-2 直流伺服电动机的机械特性
1.2.2 运行特性
（1）n0、Tk、k的物理意义 理想空载转速n0：n0是电磁转矩Te=0时的转速，由于电机空载时 Te= T0，电机的空载转速低于理想空载转速。
由于 U a0 Ts ，即负载转矩越大，始动电压越高。而且控制电压从0到 Ua0一段范围内，电机不转动，故把此区域称为电动机的死区。 斜率k1： k1
1 C e
是由电机本身参数决定的常数，与负载无关。
1.2.2 运行特性
（2）总阻转矩对调节特性的影响
U a0 Ts ，斜率k1保持不变。因此 总阻转矩Ts变化时，
对应于不同的总阻转矩 Ts1、Ts2、Ts3 一组相互平行的调节特性。
图1-5 不同负载时的调节特性
，可以得到
3．直流伺服电动机低速运转的不稳定性
当电动机转速很低时，转速就不均匀，出现时快、时慢，甚至暂时停
一下的现象，这种现象称为直流伺服电动机低速运转的不稳定性。
（1）低速运转的不稳定的原因 电枢齿槽的影响 低速时，反电动势的平均值很小，因而电枢齿槽堵转转矩TkTk是转速n=0时的电磁转矩。
机械特性的斜率k ：斜率k前面的负号表示直线是下倾的。斜率k的 大小直接表示了电动机电磁转矩变化所引起的转速变化程度。斜率
k大，转矩变化时转速变化大，机械特性软。反之，斜率k小，机
械特性就硬。
1.2.2 运行特性
（2）电枢电压对机械特性的影响
n0和Tk都与电枢电压成正比，而斜率k则与电枢电压无关。
由 n
Ua TR e a 2 得 Ce Ce C t
n k1 1 Ce
Ua TR s a 2 k1U a A Ce CeCt
为特性的斜率；
A
Ts Ra 为由负载阻转矩决定的常数。 2 C e C t
1.2.2 运行特性
n Ua TR s a 2 k1U a A Ce CeCt
对应于不同的电枢电压可以得到一组相互平行的机械特性曲线。 直流伺服电动机由放大器供电时，
放大器可以等效为一个电动势源
与其内阻串联。内阻使直流伺服 电动机的机械特性变软。
图 1-3 不同控制电压时的机械特性
1.2.2 运行特性
2. 调节特性
调节特性是指负载转矩不变时，电机转速与电枢电压之间的函数关系， 即 Te Ts TL T0 c时，n f (U a ) 。
效应等引起电动势脉动的影响增大，导致电磁转矩波动比较明显。
1.2.2 运行特性
电刷接触压降的影响 低速时，控制电压很低，电刷和
换向器之间的接触压降开始不稳定，影响电枢上有效电
压的大小，从而导致输出转矩不稳定。 电刷和换向器之间摩擦的影响 低速时，电刷和换向器 之间的摩擦转矩不稳定，造成电机本身的阻转矩T0不稳 定，因而导致总阻转矩不稳定。 （2）解决的措施 稳速控制电路