第17课 直流伺服电动机教案.docVIP

课时安排： 2 学时 课程类型：理论课√ 实验课□ 实习课□ 习题课□ 实训课□ 其它□ 教学地点：普通教室√ 多媒体教室□ 计算机房□ 实验室□ 实训中心□ 其它□ 题 目：直流伺服电动机（二） 教学目的及教学要求： 掌握直流调速系统的动态响应过程 2、掌握直流伺服系统的位置控制 教学重点和难点： 直流伺服系统的位置控制 教学方法与媒介： 讲授、多媒体课件及模型 班级 07数控(1)、（2）、（3） 作 业： P 96 24 教学后记： I、示标 II、复习 直流伺服电机的结构和工作原理； 2、直流伺服电机的调速原理和常用的调速方法。 III、新授 四、直流调速系统的动态响应过程 1．直流调速系统的响应特性： 直流伺服电动机的稳态特性如上所述，当电枢外加电压和负载突变时，电动机的响应过程是动态过程。电压和转矩的平衡方程为： （4-20） （4-21） 其中La为电枢电感，Te为负载转矩，E为电枢反电势，ω为转子角速度，J为折算到电动机轴上的总转动惯量。对上式进行拉普拉斯变换： （4-22） （4-23） （4-24） （4-25） 根据上式可以画出传递函数方框图，如图4-34所示： 图4-34 直流伺服电机传递函数方框图 当Te= 0时，由上式可以得出电动机转速对电枢电压的传递函数： （4-26） 由于电机的角位移是转速的积分，即，所以电动机角位移对电枢的传递函数为： （4-27） 由式（4-26）、（4-27）可以看出电动机的角速度对电枢电压是二阶系统；角位移对电枢电压是三阶系统，电枢电压变化会引起转速和转角变化。惯量J的变化也会引起转速和转角变化。引起惯量变化的因素主要是负载转矩，而负载转矩的变化又会引起电枢电流的变化，因此对转速和电流的检测可以测量电动机的速度是否稳定。 2．转速负反馈单闭环无静差调速系统： 调速的概念有两个方面的含义：第一是改变电机的转速，当速度指令改变时，电动机的转速随着改变，并希望以最快的加减速达到新的指令速度值；第二是当速度指令不变时，希望电动机转速保持恒定不变。由于直流电动机的机械特性较软，当外加电压不变时，电动机的转速随着负载的变化而变化。调速的重要任务是当负载变化时或电动机驱动电源电压波动时保持电动机的转速稳定不变。 最基本的调速方法是转速负反馈单闭环无静差调速系统。该系统是利用测量元件测出电动机的转速，并将实测值反馈给控制端，若被控的速度出现偏差，系统就自动纠偏，保持速度稳定。 图4-35 速度负反馈单闭环调速系统简图 所谓无静差调速是指稳定运行时，输入端的给定值与实测值的反馈值保持相等，相差为零，当电动机的速度变化时，反馈值与实测值才不等，用两者的差值纠正速度偏差。用比例积分(PI)调节器可以实现闭环无静差调速，PI调节器输入端输入给定值和反馈值，当二者之差不等于零时，比例部分能够迅速响应控制作用，积分部分能够最终消除稳态偏差。 如图4-35所示为速度负反馈单闭环调速系统原理简图，它由PI调节器、PWM、基极驱动电路和功率转换电路组成。基极驱动电路有多种，这里采用了阻容延时电路，当PWM输出的脉冲在正半周时，经R2C2延时后由A3输出高电平，使VT1、VT4导通，由于VD2是导通的，正半周信号经A4反向端输入，所以A4的输出是负值，使VT2、VT3截止。当PWM输出脉冲的负半周时，经R3C3延时，由A4输出高电平，使VT2、VT3导通，此时A3输出低电平，VT1、VT4截止。 当突加负载时，电动机转矩失去平衡，转速迅速下降，使实测值Un小于给定值Un*，，此偏差使PI调节器的输出UC产生一个增量 ，这个增量使PWM输出方波的占空比发生变化，使电动机转速增加，直到为止，电动机转速恢复到加载前的值，此时UC比加载前已增加了一个值： （4-28） 由这个引起的PWM输出方波占空比的变化，最终不是用来改变电动机速度，而是用来改变电枢电流，使电动机产生的电磁转矩与外界负载平衡。当外载不变时，改变给定值Un*,在突变的瞬间，检测值Un与给定值U