机器人技术张玖第4章机器人驱动系统课件教学.pptVIP

第4章 机器人的驱动系统 4.4.2 直流伺服电动机驱动 机器人对直流伺服电机的基本要求： 宽广的调速范围 机械特性和调速特性均为线性 无自转现象（控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转） 快速响应好 1. 直流伺服电机的特点 （1）稳定性（2）可控性好（3）响应迅速 （4）控制功率低，损耗小（5）转矩大 2. 直流伺服电机的分类及结构 （1）分类 按励磁方式，直流伺服电动机分为电磁式直流伺服电动机（简称直流伺服电动机）和永磁式直流伺服电动机。电磁式直流伺服电动机如同普通直流电动机 ，分为串砺式、并励式和他励式。 直流伺服电动机按其电枢结构形式不同，分为普通电枢型、印制绕组盘式电枢型、线绕盘式电枢型、空心杯绕组电枢型和无槽电枢型（无换向器和电刷）。 1）印制绕组直流伺服电机（盘形转子、盘形定子轴向粘接柱状磁钢，转子转动惯量小，无齿槽效应，无饱和效应，输出转矩大）。 2）线绕盘式直流伺服电机（盘形转子、定子轴向粘接柱状磁钢，转子转动惯量小，控制性能优于其他直流伺服电机，效率高，输出转矩大）。 3）杯型电枢永磁直流电机（空心杯转子，转子转动惯量小，适用于增量运动伺服系统）。 4）无刷直流伺服电机（定子为多相绕组，转子为永磁式，可带转子位置传感器，无火花干扰，寿命长，噪声低）。 （2）结构 如图为电磁式直流伺服电动机结构，其中包括三个主要部分。 1）定子：定子磁极磁场由定子的磁极产生。根据产生磁场的方式，直流伺服电机可分为永磁式和他激式。永磁式磁极由永磁材料制成，他激式磁极由冲压硅钢片叠压而成，外绕线圈通以直流电流便产生恒定磁场。 2）转子：又称为电枢，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。 3）电刷和换向片：为使所产生的电磁转矩保持恒定方向，转子能沿固定方向均匀的连续旋转，电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相接。 3. 直流伺服电动机调试的方法 在电枢控制方式下，直流伺服电机的主要静态特性是机械特性和调节特性。 （1）机械特性 直流伺服电机的机械特性公式如下： n0—电机的理想空载转速；R——电枢电阻；Ce—直流电机电动势结构常数 φ—磁通；T—转矩；CT—转矩结构常数 直流电机机械特性 直流电机调节特性 4.4.3 交流伺服电动机驱动 直流伺服电动的缺点 1) 接触式换向器不但结构复杂、制造费时、价格昂贵，而且运行中容易产生火花，以及换向器的机械强度不高，电刷易于磨损等，需要经常维护检修 2) 对环境的要求比较高，不适用于化工、矿山等周围环境中有粉尘、腐蚀性气体和易爆易燃气体的场合。 交流伺服电动的优点 结构简单、制造方便、价格低廉。坚固耐用、惯量小、运行可靠、很少需要维护、可用于恶劣环境等。 交流伺服电机的分类 交流伺服电机分为两种：同步型和感应型。 （1）异步型交流电机 异步型交流伺服电动机指的是交流感应电动机。它有三相和单相之分，也有鼠笼式和线绕式，通常多用鼠笼式三相感应电动机。 （2）同步型交流电机 同步型交流伺服电动机虽较感应电动机复杂，但比直流电动机简单。它的定子与感应电动机一样，都在定子上装有对称三相绕组。而转子却不同，按不同的转子结构又分电磁式及非电磁式两大类。非电磁式又分为磁滞式、永磁式和反应式多种。 2. 异步交流伺服电机的基本原理 1）转子导条切割旋转磁场磁力线，产生感应电势，使转子导条有电流流过。 2）有电流流过的导条在磁场中受到的电磁力对转轴形成电磁力矩，使转子跟着旋转磁场转动。 3）转子的转动方向与磁铁的转动方向相同，转子转速与磁铁的转速成正比。 4）由于转子自身阻转矩以及负载阻转矩的影响，转子的转速要小于磁铁转动转速，故称异步电动机。 异步交流电机工作原理图 异步交流电机结构图 3. 交流伺服电机的调速方法 异步交流电机转速的基本公式： 其中：n—电动机转速，单位r/min； f—电源电压频率，单位：Hz； p—电动机磁极对数； s—转差率，S=n0-n/n0 n0—电动机定子旋转磁场转速（同步转速），单位：r/min； 由上式可见，改变异步电动机转速的方法有三种： 1）改变极对数P, 但一般交流电动机磁极对数不能改变，磁极对数可变的电动机称为多速电动机。因为磁极对数只能成对出现，所以转速只能成倍改变，因此只能实现有级变速，速度不能平滑调节。 2）改变转差率S,适合于绕线式异步电动机。在转子绕组回路中串入电阻使电动机机械特性变软，转差率增大。串入的电阻越大，转速越低，但调速范围窄，不易控制。 3）改变交流频率f,目前高性能的调试系统大多采用变频调试，能够实现宽范围的无级调速，且转速与频率成正比。