《控制电机论文-交流伺服电机的探究苗志学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制电机论文-交流伺服电机的探究苗志学（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、东 北 石 油 大 学控制电机报告2015 年 10 月 21 日课 程 控制电机 题 目 交流伺服电机的探究 院 系 电气信息工程学院电气系 专业班级 电气 122 学生姓名 苗志学 学生学号 12060140227 指导教师 李梦达 目 录一、引言.2二、交流伺服电动机的结构特点.2三、伺服电动机的工作原理.21、交流伺服电机.22、永磁交流伺服电机的控制过程.43、永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较.5四、交流伺服电机的应用.61、交流伺服驱动系统.62、 交流伺服控制策略.73、 电机模型.8五、结束语.10六、参考文献.1一、引言用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动
2、机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服：一词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名。交流伺服电动机结构简单, 无炭刷, 效率高, 响应快, 速比大, 不需要经常维护, 非常引人注目, 在许多领域有取代直流伺服电动机之势。交流伺服电动机控制系统包括; 控制交流伺服电动机转速和输出转矩的逆变器, 控制逆变器与变换器之间接点处直流电压的变换器和一个控制器。当转速低于额定转速时, 该直流电压被控制为恒定电压:
3、而当转速超过额定转速时, 该直流电压被控制成与转速成比例的一个增加电压, 以便使伺服电动机的输出转矩保持一个恒定转矩。永磁交流伺服电动机的定子三相绕组由SPWM正弦脉宽调制电源供电，故又称正弦波驱动无刷电动机。其特点是: 伺服性能好，可采用数字控制，运行平稳、转矩波动小、过载能力强; 无普通直流伺服电动机电刷换向器磨损问题，维护简单、寿命长、工作可靠; 能适应高速大力矩驱动要求; 绕组安装在定子上，散热好; 轴上位置传感器多用光电编码器、无接触式旋转变压器等。二、交流伺服电动机的结构特点作为交流伺服电动机使用的有异步型和同步型两种, 异步型交流伺服电动机定子放置线圈, 转子为鼠笼型, 大量用作
4、机床和通用工业机器的驱动元件; 同步型交流伺服电动机定子放置线圈, 转子为永久磁钢, 根据磁极位置从电机外部进行换向, 也可称为无刷直流电动机。永久磁钢的交流伺服电动机按其励磁方式和供电方式的不同又可分为两类:一类电机的永久磁铁励磁磁场为正弦波, 定子绕组感应出来的反电动势为正弦波, 逆变器提供正弦波电流; 另一类电机的永久磁铁励磁磁场为方波, 定子绕组感应出来的反电动势为梯形波, 逆变器提供方波电流。三、伺服电动机的工作原理1、交流伺服电机（1）交流伺服电机的工作原理交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U / V / W 三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码
5、器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场
6、分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着
7、正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位，即移相1 8 0 ，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺服电机将反转。若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，转子很快地停下来。为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电阻做得特别大，使它的临界转差率S k 大于1 。在电机运行过程中，如果控制信号降为“零”，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁场可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。一旦
8、控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线运行。由于转子的惯性，运行点由A 点移到B 点，此时电动机产生了一个与转子原来转动方向相反的制动力矩。负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。必须指出，普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作，不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。（2）交流伺服电机使用时应注意伺服电机驱动器接收电机编码器的反馈信号，并和指令脉冲进行比较，从而构成了一个位置的半闭环控制。所以伺服电机不会出现丢步现象，
9、每一个指令脉冲都可以得到可靠响应。调节伺服电机有几种方式，使用T w i nLine 软件对电机的PID 参数、电机参数、电子齿轮比等进行调节。对伺服电机进行机械安装时，应特别注意，由于每台伺服电机后端部都安装有旋转编码器，它是一个十分易碎的精密光学器件，过大的冲击力肯定会使其损坏。（3）交流伺服电机的控制为了使控制系统改变不大，应选用数字式伺服系统，可采用原来的脉冲控制方式；由于伺服电机都有一定过载能力，所以在选择伺服电机时，经验上可以按照所使用的步进电机输出扭矩的1 / 3 来参考确定伺服电机的额定扭矩；伺服电机的额定转速比步进电机的转速要高的多，为了充分发挥伺服电机的性能，最好增加减速装
10、置，让伺服电机工作在接近额定转速下，这样也可以选择功率更小的电机，以降低成本。用脉冲方式控制伺服电机，一是可靠性高，不易发生飞车事故。用模拟电压方式控制伺服电机时，如果出现接线接错或使用中元件损坏等问题时，有可能使控制电压升至正的最大值。这种情况是很危险的。如果用脉冲作为控制信号就不会出现这种问题。二是信号抗干扰性能好。数字电路抗干扰性能是模拟电路难以比拟的。当然目前由于伺服驱动器和运动控制器的限制，用脉冲方式控制伺服电机也有一些性能方面的弱点。一是伺服驱动器的脉冲工作方式脱离不了位置工作方式，二是运动控制器和驱动器如何用足够高的脉冲信号传递信息。这两个根本的弱点使脉冲控制伺服电机有很大限制。
11、一是控制的灵活性大大下降；二是控制的快速性速度不高。伺服驱动器工作在位置方式下，位置环在伺服驱动器内部。这样系统的P I D 参数修改起来很不方便。当用户要求比较高的控制性能时实现起来会很困难。从控制的角度来看，这只是一种很低级的控制策略。如果控制程序不利用编码器反馈信号，事实上成了一种开环控制。如果利用反馈控制，整个系统存在两个位置环，控制器很难设计。在实际中，常常不用反馈控制，但不定时的读取反馈进行参考。这样的一个开环系统，如果运动控制器和伺服驱动器之间的信号通道上产生干扰，系统是不能克服的。2、永磁交流伺服电机的控制过程永磁交流伺服电动机可利用坐标变换进行矢量控制，这就使得永磁交流伺服电动机的控
