伺服马达控制原理

伺服马达的原理和应用

点击次数：268 发布时间：2010-01-20

1:伺服马达内部包括了一个小型直流马达；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；及一块电子控制板。其中，高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低

2、微行伺服马达的工作原理 一个微型伺服马达是一个典型闭环反馈系统减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服马达精确定位的目的。

3、如何控制伺服马达 标准的微型伺服马达有三条控制线，分别为：电源、地及控制。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源，电压通常介于4V—6V之间，该电源应尽可能与处理系统的电源隔离（因为伺服马达会产生噪音）。甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合理。

4、伺服马达的电源引线 电源引线有三条，如图中所示

伺服系统控制架构解析及应用

随着计算机控制技术、现代电机调速技术、通讯技术的飞速发展，我们迎来了数字化工厂时代。在数字化工厂方案中，作为柔性制造的终端设备，加工中心、数控机床等已经成为数字工厂必不可少的载体。

数字控制设备的控制核心是计算机技术的延伸，而作为执行机构的伺服系统则是现代电机调速技术的核心。电气伺服系统的原理掌握和维护一直是制约数控设备维修的技术难题，为更好地维护数控设备，需要进行深入探讨和掌握。

本文从伺服系统的检测硬件开始入手，结合对从计算机系统到执行机构的控制模型的探讨，深入解析了伺服系统的原理，及运用控制架构分析故障的方法。

1 几种最常用的位置检测器件

数控机床的测量反馈系统是为测知实际控制输出的大小变化，与给定比较以对控制误差进行校正而设计的。数控系统的位置测量器件种类很多，这里就光电脉冲编码器、旋转变压器做等常见器件做简单介绍。

1.1 相对式光电脉冲编码器

图1：相对式光电脉冲编码器原理图

光电盘 光源 光敏元件 接收整形电路A A* B B* Z Z* 相对式光电脉冲编码器是一种光学器件。它由光源发光，一片透镜收集光源光线并投射到与电机同轴安装的光电盘上。光电盘上刻有等距离的透光

自动控制原理课程设计

题目速度伺服控制系统设计

专业 电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指导老师

机电工程学院 2009年12月

目 录

一 课程设计设计目的

二 设计任务

三 设计思想

四 设计过程

五 应用simulink进行动态仿真

六 设计总结

七 参考文献

一、课程设计目的：

通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、一般电学系统自动控制方法的基础上，用MATLAB实现系统的仿真与调试。 二、设计任务：

速度伺服控制系统设计。

控制系统如图所示，要求利用根轨迹法确定测速反馈系数kt'，以使系统的阻尼比等于0.5，并估算校正后系统的性能指标。 R(s)10 s(s?1)C(s) ? ? Kt's

三、设计思想： 反馈校正：

在控制工程实践中，为改善控制系统的性能，除可选用串联校正方式外，常常采用反馈校正方式。常见的有被控量的速度，加速度反馈，执行机构的输出及其速度的反馈，以及复杂系统的中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中的一

伺服电机

伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

工作原理

1、伺服系统（servo mechanism）是使物体的位置、方位、

伺服电机

状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷

自 动 控 制 原 理 课 程 设 计

雷达位置伺服系统校正

班级： 0xx班 学号： xx

姓名： xx 指导老师： x老师

—2011.12

自 动 控 制 原 理 课 程 设 计

雷达位置伺服系统校正

一、雷达天线伺服控制系统

(一) 概 述

用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。又称随动系统。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角）。伺服系统的结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。它是由若干元件和部件组成的并具有功率放大作用的一种自动控制系统。位置随动系统的输入和输出信号都是位置量，且指令位置是随机变化的，并要求输出位置能够朝着减小直至消除位置偏差的方向，及时准确地跟随指令位置的变化。位置指令与被控量可以是直线位移或角位移。随着工程技术的发展，出现了各种类型的位置随动系统。由于发展了力矩电机及高灵敏度测速机，使伺服系统实现了直接驱动，革除或减小了齿隙和弹性变形等非线性因素，并成功应用在雷达天线。伺服系统的精度主要决定于所用的测

（1） 电液伺服阀的组成

伺服阀由力矩马达、液压放大器、反馈机构三部分组成 （2） 力矩马达的工作原理

力矩马达的作用是把输入的电气控制信号转换为力矩。它由永久磁铁、上 导磁体、下导磁体、衔铁、控制线圈、弹簧管等组成。衔铁固定在弹簧管上端，由弹簧管支承在上、下导磁体的中间位置，可绕弹簧管的转动中心作微小的转动。

永久磁铁将上、下导磁体磁化，一个为N级，另一个为S级。无信号电流时，衔铁在上、下导磁体的中间位置，由于力矩马达结构是对称的，使磁铁两端所受的电磁力相同，力矩马达无力矩输出。当有信号电流通过线圈时，控制线圈产生控制磁通，其大小和方向取决于信号电流的大小和方向电磁力矩的大小与信号电流的大小成比例，衔铁的转角也与信号电流成比例。

力矩马达磁路原理图

对于上图的磁路分析：

对分支点A和B应用磁路基尔霍夫第一定律可得衔铁磁通 ?a??1??2

x2?g()?2?clg整理后得到 ?a?

x21?()lg由于(x/lg) 《1，上式化简?a?2?g2xNc??i，考虑到x?a?，上式写成 lgRgaNc???i lgRg ?a?2?g

基于ATMEL89C52单片机的步进马达控制电路设计

课程设计报告

课题名称:步进马达控制电路设计

课程题目：

学 院：

班 级：

学生姓名:

学 号: 指导教师:

基于ATMEL89C52单片机的步进马达控制电路设计

目 录

1、绪 论................................................................................. ..................................1

2、实验要求............................................................................. ..................................1

3、实验目的.............................................................................................................2

4、设计过程............................................

步进电机的发展、应用和种类简

介

步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

步进电机依其构造上的差异可分为三大类： （下图一） ? 可变磁阻式（VR型）：

转子以软铁加工成齿状，当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故其

转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并不大。其步进角通常为15°。

? 永久磁铁式（PM型）：

转子由永久磁铁构成，其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。依转

子材质区分，其步进角有45°、90°及7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 ? 混和式（HB型）：

转子由轴向磁化的磁铁制成，磁极做成复极的形式，其乃兼采可变磁阻式步

进电机及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩大、步进角度小。

（图

步进电机的发展、应用和种类简

介

步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

步进电机依其构造上的差异可分为三大类： （下图一） ? 可变磁阻式（VR型）：

转子以软铁加工成齿状，当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故其

转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并不大。其步进角通常为15°。

? 永久磁铁式（PM型）：

转子由永久磁铁构成，其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。依转

子材质区分，其步进角有45°、90°及7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 ? 混和式（HB型）：

转子由轴向磁化的磁铁制成，磁极做成复极的形式，其乃兼采可变磁阻式步

进电机及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩大、步进角度小。

（图

永磁交流伺服电机原理

近年来由于无刷式伺服（马达）电机(brushless servo motor)制造与控制技术的急速发展，再加上大规模集成电路与半导体功率组件的进步 ，使其商品化产品日益增多，在高性能伺服应用场合如计算机控制数值工具机、工业机器人等，均已逐渐取代了传统式的有电刷的直流伺服电机(dc servo motor)。无刷式伺服 电动机主要可分为两大类(表1) (1)无刷式直流伺服电机(brushless dc servo motor)，一般亦称的为永磁式同步电机(PM synchronous motor) 或永磁式交流伺服 电机(PM ac servo motor)，(2)感应式交流伺服电机(induction ac servo motor)。

无刷式直流伺服电机采用内装式的霍尔效应(Hall-effect)传感器组件来检测转子的绝对位置以决定功率组件的触发时序，其效用有如将直流伺服电机的机械式电刷换相(mechanical commutation)改为电子式换相(electronic commutation)，因而去除了直流伺服 电动机因电刷所带来的限制。目前一般永磁式交流伺服电机的回接组件多采用解角器(resolver) 或光