Eb(s)
K b(s)
直流伺服电机的系统方框图 伺服电机与伺服控制系统基本原理
7.3 直流伺服电机及其速度控制
直流伺服电机的调速原理与方法
If If
原 理 Uf Uf 图
Ia Ia
主要内容
M M Ua Ua
R a R La a L a
Ua Ua
等 Ea Ea 效
图
电磁转矩
Tm KTIa
感应电势与转速关系 Ea KEn（ 一定） 电枢回路电压平衡方程式 UaEaIaRa
伺服电机与伺服控制系统基本原理
一、直流电机的原理
N
F
1
8
n
A
6
B
4
3
5
7
这样的连接方 法只有一组线 圈得电，绕组 使用率低，那 么如何提高绕 组的使用率 呢？
2
SF 伺服电机与伺服控制系统基本原理
改进后的绕线
N
1
8
n6
3
7
2
提高了绕组的使用率
4
5
S
改进后的绕组伺服电机与伺服控制系统基本原理
直流电机的励磁方式
2. 机械系统的转矩平衡方程
TNe oT2
T0
J
d
dt
Image
T e ——电磁转矩
T 2 ——负载转矩
T 0 ——空载损耗转矩
如果电动机以恒 角速度转动，则 ：
J d 0 dt
伺服电机与伺服控制系统基本原理
实例：直流伺服系统
Ra
ei(t)
ia
La
0(t)
eb TM
TN
J
B i f 常数
伺服电机与伺服控制系统基本原理
Tm
直流电机的基本调速方式有三种: 调节电阻Ra、调节电枢电压Ua和调 节磁通Φ的值。
a
F
x
N和S是一对固定的磁 极（一般是电磁铁，也 可为永久磁铁），两级 之间装着一个可以转动
的铁质圆柱体，圆柱体
F ' 表面上固定这一个线圈，
上边为a，下圈为x，通
x
入如图所示的电流根据
左手定则便可得出电磁
S
转矩。
载流线圈在磁场中伺产服生电机转与伺矩服控制系统基本原理
一、直流电机原理
为什么要用电刷？
励磁概念：由电流激励出磁场的过程叫做励磁。
他励
并励
伺服电机与伺服控制系统基本原理
串励
直流电机的基本方程式
1. 电气系统的电动平衡方程
感应电动势
ua
Gaf i f
Raia
La
dia dt
uf
Rfif
Lf
dif dt
ua u f u
No ImaUga e
I
Ia
M
If
伺服电机与伺服控制系统基本原理
3.转矩平衡方程
Jd20
dt2
动势正比于速度
eb
Kb
d0
dt
伺服电机与伺K 服b控制—系—统反基本电原理动势常数
实例：直流伺服系统
系统因果方程拉氏变换为
(Las Ra )Ia (s) Ei (s) Eb (s) TM (s) KT Ia (s)
(Js2 Bs)0 (s) TN (s) Eb (s) Kbs0 (s)
内容
• 基本概念的介绍与举例 • 伺服电机原理介绍 • 伺服控制系统介绍 • 总结
伺服电机与伺服控制系统基本原理
一、“伺服”的含义 Servomechanism
“伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思。
伺服电机与伺服控制系统基本原理
伺服系统应用举例（2）
机械手手臂伸缩运动的电液伺服系统原理图。
1－电放大器 2－电液伺服阀 3－液压缸 4－机械手手臂 5－齿轮齿条机构伺6服－电电机与位伺器服控7－制系步统进基电本机原理
1. 电气系统的电动平衡方程
u ——电源电压
u a ——电枢绕组上的端电压
R a ——电枢电路的电阻 R f ——励磁回路的电阻
u f ——励磁绕组上的端电压
L a ——电枢回路的自感系数
i a ——电枢电流
L f ——励磁回路的自感系数
i f ——励磁电流
——电动机的机械角速度
伺服电机与伺服控制系统基本原理
伺服电机的分类
伺服电机
鼠笼转子
交流伺服电机 杯形转子
直流伺服电机
伺服电机与伺服控制系统基本原理
一、直流电动机工作原理
安培定律 F Bil
B ——磁场的磁感应强度(Wb / m2 )
i ——导体中的电流 ( A )
l ——导体的有效长度( m )
伺服电机与伺服控制系统基本原理
直流电机原理
N
如图所示：
伺服系统应用举例（1）
1.2.3.4——节流口
5——工件
6——刀具
7——样件
8——触销
9——油缸
图1.7 液压仿形车床工伺作服原电理机与图伺服控制系统基本原理
10——油泵
二. 伺服系统的定义： (servomechanism) (servo-system）
伺服系统是指实现输出变量精确 地跟随或复现输入变量的控制系统。
伺服电机与伺服控制系统基本原理
7.3 直流伺服电机及其速度控制
直流电机转速与转矩的关系n=f(T)称机械特性
主要内容
n
n
电机转速与理想转速的差Δn， 反映了电机机械特性硬度，Δn
n0
越小（转矩对转速变化的影响
T 程度越小），机械特性越硬。 T
n
Ua KE
Ra K E KT 2
Tm
n0
Ra K E KT 2
实例：直流伺服系统
在电枢控制的直流电动机中，励磁电流为常数， 故上式可写成：
TM KTia 式中：K T ——电动机的转矩常数
由控制输入电压 e i ( t ) 开始，系统的因果方程为
1.电枢电压方程：
La
dia dt
Raia
ei eb
伺服电机与伺服控制系统基本原理
实例：直流伺服系统
2.电动机转矩 TM KTia
当负载转矩 TN (s) 0 其传递函数是:
伺服电机与伺服控制系统基本原理
实例：直流伺服系统
G (s) 0(s)
K T
E i(s) s[(L a s R a)(J s B ) K T K b
TN (s)
E i(s)
1 Las Ra
I a (s ) K T TM (s)
1 s(Js B )
0(s)
伺服电机与伺服控制系统基本原理
伺服电机
伺服电机（servo motor ） 伺服电动机又称执行电动机，在自动控
制系统中，它的转矩和转速受信号电压控 制。当信号电压的大小和相位发生变化时， 电动机的转速和转动方向将非常灵敏和准 确地跟着变化。当信号消失时，转子能及 时地停转。
伺服电机与伺服控制系统基本原理
实例：直流伺服系统
伺服电机在磁化曲线的线性范围内使用，
因而N气o隙磁通 正比于励磁电流，即： ImK fai fg式e中：K f ——常数 i f 为磁场励磁电流
由电动机产生的转矩 T M 正比于电枢电流
和气隙磁通的乘积，即
TM K1Kfifia 式中：K 1 ——常数 i a 是电枢电流
伺服电机与伺服控制系统基本原理