永磁同步伺服电机控制系统设计与实现(word文档)_中文版高速下载 ㊣ 精品文档 值得下载

体化 学习中心北京大钟寺奥鹏学习中心 住址北京市昌平区天通苑西三区 电话 邮箱 指导教师盛忠起 年月日东北大学继续教育学院毕业设计论文 摘要 伺服系统是以机械运动的驱动设备，伺服电动机为控制 对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装臵为执 行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动 控制系统。

这类系统控制电动机的转矩转速和转角， 将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。

关键词伺服系统，伺服电机，数控机床 引言 近年来，伺服电机控制技术正朝着交流化数字化智 能化三个方向发展。

作为数控机床的执行机构，伺服系 统将电力电子器件控制驱动及保护等集为 输出大的转矩。

普通加工直径的车床，纵向和横 向的驱动力矩都在以上。

为此，数控机床的进给传 动链应尽量短，传动摩插系数尽量小，并减少间隙，提 高刚度，减少惯量，提高效率。

交要短， 且无震荡，这样才能得到光滑的加工表面。

能在低速时输出大的转矩。

东北大学继续教育学院毕业设计论文 数控机床的进给系统常在相对较低的速度下进行切削， 故要求伺服系统能够 减速度足够大以缩短过度过程时间。

般电机速度 到最大或从最大减到，时间应控制在以下，甚 至小于几十毫秒且速度变化时不应有超调另方面， 是当负载突变时，过度过程前言要陡，恢复时间应特性，即要求跟踪信号的响应要快。

伺服 系统的这个特点对伺服系统的动态性提出了两方面要 求方面在伺服系统处于频繁的启动制动加速 减速等动态过程中，为了提高生产率和加工质量则要求 加内连续可调， 般数控机床的进给速度能在的范围内连续 可调，即调速范围为。

快速响应并无超调 对伺服系统除了要求有较高的定位精度外，还要求有良 好的快速响 面曲面零件的加工精度。

调速范围宽 调速范围是指最高进给速度和最低进给速度的比，目前 先进调速水平是在脉冲当量或最小设定单位为微米的 情况下，进给速度能在的范围 自的磁场作用产生的力矩也与指令位移之差要小。

现代数控机床的位移精度般为甚至可东北大学继续教育学院毕业设计论文 高达微米，以保证加工质量的致性，保证复杂曲圆形旋转磁场。

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，它应能立此，目前广泛应用的 是鼠笼形转子伺服电动机，只有在要求运转非常平稳的 些特殊场合下如积分电路等，才采用非磁性杯形 转子伺服电动机。

交流伺服电动机的工作原理 交流伺服电机的工作原理和下，在定的功率范围 内，杯形转子伺服电动机比鼠笼转子伺服电动机所产生东北大学继续教育学院毕业设计论文 的启动转矩和输出功率都小另外，杯形转子伺服电动 机结构和制造工艺又比较复杂。

因位臵而发 生变化，恒速旋转时，转子般不会有抖动现象，运转 平稳。

但是由于它内外定子间气隙较大杯壁厚度加上 杯壁两边的气隙，所以励磁电流就大，降低了电机的利 用率，因而在相同的体积和重量内定子 机壳端盖 图杯形转子伺服电动机 与鼠笼形转子相比较，非磁性杯形转子惯量小，轴承摩 擦阻转矩小。

由于它的转子没有齿和槽，所以定转子 间没有齿槽粘合现象，转矩不会随转子不同的制成，它的杯壁极薄，般在左右。

杯 形转子套 在内定子铁心外，并通过转轴可以在内外定子之间的 气隙中自由转动，而内外定子是不动的。

杯形转子外定子子的铁心，作为电机磁路的部分。

在内外定 子之间有细长的空心转子装在转轴上，空心转子作成杯 子形状，所以又称为空心杯形转子。

空心杯由非磁性材东北大学继续教育学院毕业设计论文 料铝或铜转子交流伺服电机图 转子冲片 非磁性杯形转子交流伺服电动机的结构如图所示。

图 中外定子与鼠笼形转子伺服电动机的定子完全样，内 定子由环形钢片叠成，通常内定子不放绕组，只是代替 鼠笼转子转子交流伺服电机图 转子冲片 非磁性杯形转子交流伺服电动机的结构如图所示。

图 中外定子与鼠笼形转子伺服电动机的定子完全样，内 定子由环形钢片叠成，通常内定子不放绕组，只是代替 鼠笼转子的铁心，作为电机磁路的部分。

在内外定 子之间有细长的空心转子装在转轴上，空心转子作成杯 子形状，所以又称为空心杯形转子。

空心杯由非磁性材东北大学继续教育学院毕业设计论文 料铝或铜制成，它的杯壁极薄，般在左右。

杯 形转子套 在内定子铁心外，并通过转轴可以在内外定子之间的 气隙中自由转动，而内外定子是不动的。

杯形转子外定子内定子 机壳端盖 图杯形转子伺服电动机 与鼠笼形转子相比较，非磁性杯形转子惯量小，轴承摩 擦阻转矩小。

由于它的转子没有齿和槽，所以定转子 间没有齿槽粘合现象，转矩不会随转子不同的位臵而发 生变化，恒速旋转时，转子般不会有抖动现象，运转 平稳。

但是由于它内外定子间气隙较大杯壁厚度加上 杯壁两边的气隙，所以励磁电流就大，降低了电机的利 用率，因而在相同的体积和重量下，在定的功率范围 内，杯形转子伺服电动机比鼠笼转子伺服电动机所产生东北大学继续教育学院毕业设计论文 的启动转矩和输出功率都小另外，杯形转子伺服电动 机结构和制造工艺又比较复杂。

因此，目前广泛应用的 是鼠笼形转子伺服电动机，只有在要求运转非常平稳的 些特殊场合下如积分电路等，才采用非磁性杯形 转子伺服电动机。

交流伺服电动机的工作原理 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与指令位移之差要小。

现代数控机床的位移精度般为甚至可东北大学继续教育学院毕业设计论文 高达微米，以保证加工质量的致性，保证复杂曲 面曲面零件的加工精度。

调速范围宽 调速范围是指最高进给速度和最低进给速度的比，目前 先进调速水平是在脉冲当量或最小设定单位为微米的 情况下，进给速度能在的范围内连续可调， 般数控机床的进给速度能在的范围内连续 可调，即调速范围为。

快速响应并无超调 对伺服系统除了要求有较高的定位精度外，还要求有良 好的快速响应特性，即要求跟踪信号的响应要快。

伺服 系统的这个特点对伺服系统的动态性提出了两方面要 求方面在伺服系统处于频繁的启动制动加速 减速等动态过程中，为了提高生产率和加工质量则要求 加减速度足够大以缩短过度过程时间。

般电机速度 到最大或从最大减到，时间应控制在以下，甚 至小于几十毫秒且速度变化时不应有超调另方面， 是当负载突变时，过度过程前言要陡，恢复时间要短， 且无震荡，这样才能得到光滑的加工表面。

能在低速时输出大的转矩。

东北大学继续教育学院毕业设计论文 数控机床的进给系统常在相对较低的速度下进行切削， 故要求伺服系统能够 输出大的转矩。

普通加工直径的车床，纵向和横 向的驱动力矩都在以上。

为此，数控机床的进给传 动链应尽量短，传动摩插系数尽量小，并减少间隙，提 高刚度，减少惯量，提高效率。

交流伺服电动机与其他电动机的比较 步进电机是种离散运动的装臵，它和现代数字控制技 术有着本质的联系。

在目前国内的数字控制系统中，步 进电机的应用十分广泛。

随着全数字式交流伺服系统的 出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统 中。

为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大 多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动 机。

虽然两者在控制方式上相似脉冲和方向信号，但 在使用性能和应用场合上存在着较大的差异，现就二者 的使用性能作比较。

控制精度不同 两相混合式步进电机步距角般为，五相 混合式步进电机步距角般为。

也有 些高性能的步进电机步距角更小。

交流伺服电机的控制东北大学继续教育学院毕业设计论文 精度由电机轴后端的旋转编码器保证。

二低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。

振动频率与负 载情况和驱动器性能有关，般认为振动频率为电机空 载起跳频率的半。

这种由步进电机的工作原理所决定 的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。

当步进 电机工作在低速时，般应采用阻尼技术来克服低频振 动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分 技术等。

交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也 不会出现振动现象。

交流伺服系统具有共振抑制功能， 可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机 能，可检测出机械的共振点，便于系统调整。

三矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速 时会急剧下降，所以其最高工作转速般在 。

交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定 转速般为或以内，都能输出额 定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

四过载能力不同 步进电机般不具有过载能力。

交流伺服电机具有较强东北大学继续教育学院毕业设计论文 永磁同步伺服电机控制系统设计与 实现 伺服电机在自动控制系统中的应用 姓名李海强学号 专业机电体化 学习中心北京大钟寺奥鹏学习中心 住址北京市昌平区天通苑西三区 电话 邮箱 指导教师盛忠起 年月日东北大学继续教育学院毕业设计论文 摘要 伺服系统是以机械运动的驱动设备，伺服电动机为控制 对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装臵为执 行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动 控制系统。

这类系统控制电动机的转矩转速和转角， 将电能转换为机械能，实现运动机械的