直流伺服电机的两种驱动方式.pdf

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1、直流伺服电机的两种驱动方式月~曰甘刁丁J曰。:摘要本文对直流伺服电机的二种驱动方式进行讨论和比较文中推导和引用了一些工程上常用的计算公式,供、,(如能否在规定的时工程技术人辱计算系统的重要技术指标.、。间内达到规定的速度)选择电机计算驱动系统所需要的电源的电压和电流等参数最后,,,列表对两种驱动方式进行比较并提供实际设计计算例子供设计人员设计计算有关参。数和选择驱动方式时作参考引言,,在设计驱动电机的伺服系统前工程技术人员首先关心用什么方式驱动电机当选定电,』,机驱动方式后设计人员氏较关合的是在给定电机参数条件下怎样计算任意时间的角、,,。,加速度角速度和角位移由此可以反馈回去判断所选电

2、机是否合适另外在研制过,,,,程中十分重要的是千方百计缩短研制周期也就是说要尽量减少串行研制工作因此,,,至及早提出使用电源的技术指标也是十分重要的本文着重在这些方面做了一些工作,,子系统的动态稳定性及具体线路由于篇幅有限和比较易于找到系统的论述在此不做赘。述,,在阐述本文之前必须说明本文分析的重点是系统在阶跃电压驱动下电机处于恒压‘,或恒流驱动时研究电机(角)速度由零到规定(角)速度或由规定(角)速度刹车到零。,时的规律至于系统的负反馈控制及电机处于稳定眯态时的情况本文就不加讨论了原因。是这些情况对于选择电机及计算电源参数没有什么影响、一恒流驱动:(1)电机运动方程式推导根据,:熟悉的

3、动力学定理电机的运动方程式由卞式决定,’艺T=(J二十五)扩(1).·。艺‘T代表电机轴上所加力矩的代数和(克厘米)一··m‘··“J一代表电机电枢的转动惯量‘(克厘米秒)JL’··⋯代表电机的负载的转动惯量。(克.厘米.秒”)·,·。。‘2⋯代表电机轴的瞬时角加速度(弧度/秒)·由于艺T于T。,T;一TD一TL(2)T9’由电机的电枢电流I产生的力矩。(·厘米‘式中一克)F。·T⋯⋯摩擦力矩(克厘米)⋯⋯由于换向及润滑引起的阻尼力矩。(克·几厘米)TL·⋯⋯负载力矩;(克厘米)。。:又.’T=KI(3)Tn=Kd,。(4)。·K:⋯⋯电机的力矩常数(克式中厘米/安)I.··⋯电枢电流。

4、(安),。··Kd⋯⋯与换向及润滑有(克关的粘滞阻尼系数厘米秒/弧度)。。⋯⋯角速度(弧度/秒),。、:合讲(1)式(2)式并将式(3)式(4)中的TTD值代入得m+L。,=tdy。.(JJ)Kl二K一TF一TL(5),,,=;。=,假设电机由理想恒流源驱动即I于常数代入初始条件t0时0解式(5):得Kdy.正.、K,I一Tp一T:/、一m+L,1JJ(6)毋=一eKdy,电枢线r。,在式(6)中圈直流电阻没有出现原因是速度大小与电机直流电阻的大小。,,,无关所以用恒流源线路作为驱动源电机长期工作发热引起的电阻变化对速度的变。一化规律没有影响,。。:,:当t,co时电机的速度趋向于一个稳

5、定值速度的稳态方程由下式决定Ktl一TF一TLQ,t=(7)dyK7):解式(得‘=。一十TP+TL(8)智Kt8)。::,I的大小更加依赖于阻尼项的大小,式(说明当角速度增加时电流换言-一、’一‘’尹’‘““‘一‘‘一‘一’‘r一一’’一’’---一‘一一衬”一一”””一孕Kt””一一”一~一一,。l之粘性阻尼确定了电机速度的上限6),:对式(微分可求得加速度如下Kdy。,=丝生工二工旦二工工e一J二+JL(9)J口+JL,。在许多实际情况下式(9)对估算电机的运动规律是十分有用的如单主动轮驱动系,TFTL,6)(1)。统可以忽略和的大小可将式(式9)分别改写成式(10)式(1:旦p一

6、峨6一、:t。=丝」三‘1一。J华口终十J“(10)Kdy)“二立匕e(11)玉Jm+JL,Z,:当加速时间比较小时即只要满足艳井五),t则下式成立(其角加速度变化小、人dy于10%)。,二一=里这l12)常数(Jm+JL,,,因此当启动加速时间较小时(如数字磁带机中启动时间小于10毫秒)在整个加,,速时间内可以把角加速度看成是与驱动电流成正比的一个常量如果考虑摩擦力矩和负,:载力矩则得K,一T,T;I一二二(13)田Jm+JL,,在许多实际情况下(如磁带机中主动轮电机的驱动)在恒流源驱动电机时将电机,。的运动看作是匀加速运动其计算精度在工程上是完全允许的因此我们可以得出下列各:—式。

7、=。o+。,t(14)_·。,n,.口=o+抢t(15)艺。:。。⋯⋯代表初始角速度(弧度/秒)式中·。0,’二代表时间t(弧度/秒)时的角速度··。e.⋯代表经过时间,t后电机轴转过的总角位移(弧度)tdyFLKl一K。一T一T,。。=,。声=14)以0代入(式解得驱动电机到达规定速度的Jm+JL:.:时间t(又称启动时间)如下r。L。(J+J)““一tdy一TF一TL(16)元l一K奋.::。式中0⋯⋯代表电机在伺服电路控制下要