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1、得分： ?电力电子技术 大作业?作业题目：基于buck电路直流伺服电机调速系统的简单设计姓名：班级：学号：同组人：摘要直流伺服电动机具有优良的调速特性，调速平滑、简单，具有较大的启动转矩和良好的启、制动性能以及能在较大范围内实现精度、速度和位置控制。同时其过载能力大，能承受频繁的冲击负载，所以在要求系统性能高的场合都广泛地使用直流伺服系统。20 世纪 80 年代后，随着科技的进步，交流调速系统、无刷直流电机的迅速开展，有逐渐取代有刷直流电机调速的趋势。但是直流有刷伺服电机具有独特的优良性能，它可以方便的进行无级调速且有着良好的调速性能，所以直到现在尚未被取代。对一些本钱敏感的普通工业和民用场合
2、仍广泛应用。本设计针对调速的可靠性和经济性来设计小功率直流伺服电动机调速系统，不仅工作可靠，本钱低，并且具有软启动、恒转矩、宽调速、硬特性等功能，实现了小功率直流伺服电机的平滑无级调速以及电机的保护。该系统主电路采用单相桥式半控整流线路，具有电压负反响。本系统调压电路采用buck降压电路，可以实现电压的平滑过渡，使得电机在运行时平稳运行，不会出现过大的震动。对于电机转向的控制，可以用四个IJBT来实现对电机正反转的控制。关键词：直流伺服电机；直流调速；晶闸管；电压负反响AbstractDC servo motor has excellent speed control characterist
3、ics smooth and simple. It has strong starting torque and excellent starting and braking performance. It can control a large range of accuracy, speed and position. At the same time, it has a good overload capacity and can bear frequent impact loads. Therefore, the DC servo system is widely used in th
4、ose high performance systems. After 20th century 80s, with the development of science and technology, AC speed control system and brushless DC motor has been developed rapidly. And they have gradually replaced the brush DC motor speed trend. But thanks to DC brush servos unique high performance, it
5、can easily be variable speed and has good speed performance, so until now, it has not been replaced. It is still widely used in general industrial and civil occasions which is cost-sensitive. This article is to design a economic and reliable speed control system of DC servo motor. The system not onl
6、y has reliable and low cost, but also has soft start, constant torque, wide speed, hard features and other functions, achieve smooth variable speed of DC motor and protection of the motor. The system of main circuit uses single-phase half-controlled rectifier bridge circuit, with voltage negative fe
7、edback. The system uses Buck Circuit to realize the smooth transition of voltage, which makes the motor running smooth in operation and does not appear too large vibration.For the control of steering,we use four IJBT to realize the control of the sterring .目录第1章 绪论4直流电机调速的背景和意义4直流伺服电机的应用4直流电机调速开展趋势4
8、第2章 直流伺服电机调速原理5直流伺服电机的组成及工作原理5直流伺服电机的机械特性5直流电机调速方法7直流伺服电机速度控制指标7伺服电机启动方法8伺服电机特点8第3章 直流伺服电机调速系统9闭环控制系统设计9主电路的选型9整流电路：10调压电路：11正反转控制电路：12第4章 基于PSIM的直流伺服电机调速系统的仿真结果13第5章 结论14参考文献14第1章 绪论直流电机调速的背景和意义直流伺服电机具有调速范围宽、良好的稳定性，具有大的、较长的过载能力，能满足低速度大转矩的要求，反响速度快，能承受频繁的启动、制动和正反转，本钱低等优良的特性。电动机的主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机
9、三种，其容量小到几瓦，大至上千瓦。众所周知，直流电动机有运行效率高和调速性能好等诸多优点。尽管近年来不断受到其他电动机如：交流变频电动机、步进电动机等的挑战，但到目前为止，就其性能来说仍然无其他电动机能比。并且在我国直流调速理论根深蒂固，并在开展中不断充实，所以直流调速仍占统治地位。在欧美等国家，大型成套生成装置和成套生产线也仍然多用直流调速。所以对直流调速系统的研究还是有很重要的意义。直流伺服电机的应用直流电动机具有良好的起动性能和调速性能，因此，广泛地用于驱动轧钢机、金属切削机床、起重设备和电气机车中，它尤其适用于高精度、高性能地电力拖动系统。近年来，世界各国的机械制造业都处在数量化、数控
10、化、自动化和半自动化的潮流中。微电子技术的应用，尤其是微型计算机的普及，给数控化生产才来了很大的开展空间。作为高精度伺服元件的伺服电机被广泛地应用在数控机床、机器人、雷达跟踪、冶金机械、纺织机械等各个领域。据统计，美国市场对直流电机的需求以每年21的速度递增，导致这一现象的根本原因是自动化设备的高速开展和电子计算机外围设备的不断扩大，其次是军事设备电子化的开展趋势和电子玩具的应用。直流电机调速开展趋势调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一中系统。目前对调速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动，简称为直流调速。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求
11、。从机械特性上看，就是通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和工作特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。 直流调速系统的开展过程是一个从简单到复杂、从开环到闭环、从单环到多环、从单向调速到可逆调速的不断丰富完善的过程。第2章 直流伺服电机调速原理在控制系统中，伺服系统是一种应用十分广泛的系统。直流伺服电机又称行电机，它是控制电机的一个种类，在系统中用作执行元件。直流伺服电机可以把输入的电压信号变换成为轴上的角位移和角速度输出。根据被驱动对象的不同，由直流伺服电机组成的伺服系统一般有三种根本控制方式，即位置、速度和力矩控制方式。通常位置和速度用得
12、最多。本文主要讨论的是速度控制。 在伺服系统中，控制电路十分关键，它直接影响到系统的性能品质。在本章中我们首先讨论直流伺服电机的特性，然后介绍直流伺服电机结构和工作原理，最后介绍了调速原理及调速方法2.1直流伺服电机的组成及工作原理伺服电动机又叫执行电动机，或叫控制电动机。在自动控制系统中，伺服电动机是一个执行元件，它的作用是把信号控制电压或相位变换成机械位移，也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移。其容量一般0.1-100W,常用的是30W以下。伺服电动机有直流和交流之分。直流伺服电机,它包括定子、转子铁芯、电机转轴、伺服电机绕组换向器、伺服电机绕组、测速电机绕组、测速电机换向器,
13、所述的转子铁芯由矽钢冲片叠压固定在电机转轴上构成。传统直流伺服电动机的根本工作原理与普通直流电动机完全相同，依靠电枢电流与气隙磁通的作用产生电磁转矩，使伺服电动机转动。通常采用电枢控制方式，即在保持励磁电压不变的条件下，通过改变电枢电压来调节转速。电枢电压越小，那么转速越低；电枢电压为零时，电动机停转。由于电枢电压为零时电枢电流也为零，电动机不产生电磁转矩，不会出现“自转。直流伺服电机的机械特性直流伺服电机机械特性的一般表达式为 分别为电机的电势系数和转矩系数；为电枢回路电阻。 直流伺服电机的磁路一般不饱和，不必考虑交轴电枢反响的去磁作用。 根据上式，可以得出直流伺服电机的机械特性图，如图1所
14、示。 图 1直流伺服电机的机械特性图 从图 1中可看出，机械特性是线性的。特性曲线与纵轴的交点为电磁转矩为零时，电机的理想空载转速，即。在实际电机中，当电机空载时，因它本身有空载损耗，电磁转矩不可能为零，因此靠电机本身的作用是不可能使其转速上升到的。机械特性与横轴的交点为电机堵转时 n = 0的转矩，即电机的堵转转矩图 1 中机械特性曲线的斜率的绝对值为：它表示了电动机机械特性的硬度，即电机的转速随转矩 T 的改变而变化的程度。这个机械固有特性曲线的斜率，记为 ， 用来衡量直流伺服电机的机械特性，根据 值的不同，可将电机的机械特性分为三类，1绝对硬特性；2硬特性；3软特性。 值越小，曲线越平缓
15、，速度上升的越慢，说明直流电机固有的机械特性较“硬。假设 值越大，那么机械特性较“软。 直流电机的机械特性是一条极为重要的特性，它与负载转矩特性的配合将决定直流伺服系统的稳定运行。直流电机调速方法根据电机机械特性公式即转速公式 可知：直流伺服电机的转速在实际应用中有多种控制方法可以到达调速的目的，一般可以采用以下三种方法 1改变励磁电流来改变磁通 ； 2改变加于电枢回路的端电压U ； 3改变传入电枢回路中的电阻我们选择改变加于电枢回路的端电压来控制电机转速的方法。由机械特性方程式可知，改变电动机端电压U 的大小，即改变电动机机械特性的理想空载转速的大小，而转速降 n是不受影响的，即机械特性的硬度不变。图 2 改变电枢电压调速特性所以改变电动机供电电压U ，其机械特性根本上是平行的上下移动。如图2 所示。 改变电枢电压来调节转速，可实现无级调速，调节平滑，并且在整个调速范围内机械特性硬度不变，稳定性较好，可以调节至较低转速。调速范围宽。而且控制功率较小，效
