基于电压控制的紧凑型伺服驱动转矩控制的直流伺服电动机

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1、桂林电子科技大学毕业设计报告用纸第10页共10页基于电压控制的紧凑型伺服驱动转矩控制的直流伺服电动机摘要基于对电压控制的建议和调查得出一种新的扭矩控制直流伺服电机的方法。经过分析了转矩控制系统组成包括直流伺服电机系统，减速齿轮和扭矩传感器，它的结果表明，转矩控制的电压控制是可行的。而且它也可以消除静态误差输出扭矩和干扰的干扰力矩，如减少齿轮摩擦。据分析，伺服驱动器的原型已被开发成功。到目前只有电压控制能力伺服驱动器所需要的，先进伺服系统的体积和规模相对于常规的30％左右。通过实验开发利用伺服驱动器，证明了精确转矩控制是可行的方法。1、导言为了由机械系统

2、实现微妙的议案，如用手指抓住一个物体，用理想的力量接触表面的机械手等，力的转矩控制是必不可少的。另一方面，小型和轻型伺服驱动器所需要的是以有许多自由度为条件的一体化机械系统。本文中，作为一个解决这些需求的方案，基于电压转矩控制的直流伺服电机与减速器是一种使用最为广泛的驱动器。此外，一个简单而紧凑的伺服驱动器是发达的转矩控制驱动器。先进的转矩控制实验利用先进的伺服驱动器。回顾传统技术，有几个扭矩控制方法的直流伺服电机已设立。直接电流控制正当的当电机输出力矩正比于输入电流，如直接驱动马达。虽然是开环电流控制，但这并不需要电流传感器，精确的转矩控制被降底精度

3、是由于驱动器中的干扰力矩，如减速齿轮。利用扰动观测器的电流控制[3]由于转矩力矩来源于运动，因此力矩传感器是不需要。然而，精确模型的摩擦是非常难以识别那是必需的。利用扭矩反馈的速度控制理想速度成比例于转矩误差的去设置伺服驱动器[1][2]。该伺服驱动器的复杂性和巨型性是因为它包含了速度控制器和内部电流控制器。常规的方法进行检查，精确的转矩控制作为强有力的抗干扰力矩是必不可少的。此外，一个简单和紧凑的伺服驱动器也是需要当前所有的技术并包含一个电流控制器而导致成为了复杂和庞大的伺服驱动器。2、转矩控制直流伺服电机的原理为了调查基于电压控制的可行性转矩控制，

4、由转矩控制系统组成的直流伺服电机，减速齿轮和扭矩传感器如图1所示。桂林电子科技大学毕业设计报告用纸第10页共10页图1转矩控制系统首先直流伺服电机是一系列阻力和反电动势（电动力）模型。根据这一模型，给定电压,电流与电机转速之间的关系是：式中，是抵抗运动的电枢和，是反电动势常数电机。另一方面，转子产生的转力矩分配给它的加速度和减速齿轮，这种关系可写成：式中是转子转动惯量和输入阶段的减速总和，而是扭矩适用于电动机减速齿轮的常数。关于减速齿轮，转矩角和输出转矩决定于转速比与转角和输入转矩的关系如下：在公式（4）中，干扰力矩认为是决定于摩擦等原因，减速齿轮上的

5、转力矩分配给它的加速度和输出力矩网如下：式中是输出阶段减速齿轮与扭矩传感器上的转动惯量之和，而是输出转矩。在扭矩传感器上，应用力矩与扭矩传感器上的扭矩成比例关系：式中是强硬的扭矩传感器力矩，而是输出转角。公式（1）—（6）是描述动态转矩控制系统的基本公式。通过拉普拉斯变换，这些公式结合起来就是下列输出扭矩、电机给定电压、干扰力矩和输出转角等因子的关系：桂林电子科技大学毕业设计报告用纸第10页共10页为了控制输出转矩，电机的反馈电压是由扭矩误差所控制：式中是理想的输出扭矩而是补偿器的传递函数。另一方面，动态的负载，即输出转矩与输出转角之间的关系由传递函数

6、描述如下：利用公式（9）—（10），公式（7）最终转化为：当理想转矩不受干扰力矩干扰时，传递函数和决定了输出转矩的动态响应。从精确转矩控制来看，它是理想的及大于一个宽频脉冲。并且，除去输出转矩上干扰力矩的干扰，它是理想的。在这篇文章中，静态特性是转矩控制的一个主要研究方面。经静态分析，静态增益的传递函数是通过设置获得。经静态分析获得和，是初植公式如公式（8）：其次，考虑到模型负载是一般情况下的大众阻尼弹簧系统，负载的传递函数给出为：式中分别是负载惯量，粘度和刚度。在这种情况下，静态增益为：公式（17）设置一个有限值如刚度负载的实值。这是种令人满意的负桂

7、林电子科技大学毕业设计报告用纸第10页共10页载联系外部环节的情况。因此，根据公式（14）—（15）、（17），静态增益来自于：由公式（12）—（13）、（18），静态增益最终为：和是理想的因为当干扰力矩不干涉的时候输出转矩是精确的设置为理想值。当补偿器的静态增益为无限大时是最满意的。要满足补偿这方面的要求是PI控制器其传递函数为：通过实施上述的PI控制器，无论是输出扭矩的静态误差或干扰力矩的静态干扰均被消除。由于公式（21）中PI控制器的传递函数包含因子，提出的补偿方法是完全对应于控制设计策略，乘以开环传递函数的以消除静态误差。通过对转矩控制系统的分

8、析，它表明电压控制与PI反馈能够控制直流伺服电机的输出力矩，即使存在摩擦造成的干扰力矩。在这种