直流伺服系统的工作原理是什么？由哪些器件构成？

机电一体化技术是随着科学技术不断发展，生产工艺不断提出新要求而迅速发展的。在控制方法上主要是从手动到自动;在控制功能上，是从简单到复杂;在操作上，是由笨重到轻巧。随着新的控制理论和新型电器及电子器件的出现，又为电气控制技术的发展开拓了新途径。

传统机床电气控制是继电器接触式控制系统，由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，实现对机床的启动、停车、有极调速等控制。继电器接触式控制系统的优点是结构简单、维护方便、抗干扰强、价格低，因此广泛应用于各类机床和机械设备。目前，在我国继电器接触式控制仍然是机床和其他机械设备最基本的电气控制形式之一。

在实际生产中，由于大量存在一些用开关量控制的简单的程序控制过程，而实际生产工艺和流程又是经常变化的，因而传统的继电器接触式控制系统常不能满足这种要求，因此曾出现了继电器接触控制和电子技术相结合的控制装置，叫做顺序控制器。它能根据生产需要改变控制程序，而又远比电子计算机结构简单，价格低廉，它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制的。但它的装置体积大，功能也受到一定限制。随着大规模集成电路和微处理机技术的发展及应用，上述控制技术也发生了根本性的变化，在上世纪70年代出现了将计算机的存储技术引入顺序控制器，产生了新型工业控制器——可编程序控制器(PLC)，它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前在世界各国已作为一种标准化通用装置普遍应用于工业控制。

伺服电机是用于自动控制系统的机械部件。伺服系统是一个带有输出轴的微小部件。由于执行器的设计，伺服提供了高速控制精度。当电机接收到信号时，伺服电机会根据操作员的指示加快操作速度。如果机械系统的目的是确定特定物体的位置，则该系统称为伺服机构。而伺服电机有直流和交流两种工作方式。文章将主要介绍直流伺服电机工作原理与其特点。

直流电机与伺服机构(闭环控制系统)一起充当伺服电机，在自动化行业中基本上用作机械传感器。基于其精确的闭环控制，它在许多行业都有广泛的应用。

通常伺服电机根据其运行所使用的电源性质分为交流伺服电机和直流伺服电机。有刷永磁直流伺服电机由于其成本、效率和简单性而用于简单的应用。

直流伺服电机工作原理

直流伺服电机是由四个主要部件组成的组件，即直流电机、位置传感装置、齿轮组件和控制电路。直流电机的所需速度取决于所施加的电压。为了控制电机速度，电位器产生一个电压，该电压被施加到误差放大器的输入之一。

直流伺服电机工业原理

在一些电路中，控制面板用于产生与电机所需位置或速度相对应的直流参考电压，并将其应用于带电压转换器的脉冲。脉冲的长度决定了施加到误差放大器上的电压作为所需电压，以产生数字控制 PLC 或任何其他设备所需的速度或位置。

反馈传感器通常是电位器，它们通过齿轮机构产生与电机轴绝对角度相对应的电压。反馈电压值施加在输入误差比较器放大器上，将由电位计反馈产生的电机当前位置产生的电压与电机所需位置产生的电压进行比较，以减少正电压或负电压的误差。只要存在误差，该误差电压就会随着误差增加施加到电枢的输出电压而增加。比较放大器放大误差电压和相应的电枢功率，电机填充误差为零。如果误差为负，则电枢电压消失，因此电枢电压反转，电枢沿相反方向旋转。

直流伺服电机的特点有哪些

直流伺服电机中有一个带有正负端子的直流电 (DC)。在这些端子中的每一个之间，电流以完全相同的方向流动。伺服电机的惯量应该更小以保证精度和准确度。直流伺服电具有快速响应，这可以通过保持高扭矩重量比来获得。此外，直流伺服电的速度特性应该是线性的。

使用直流伺服电机，电流控制比使用交流伺服电机简单得多，因为唯一的控制要求是电流电枢幅度。电机速度由占空比控制的脉宽调制 (PWM) 控制。控制通量用于管理扭矩，从而在每个活动周期内实现可靠的一致性。

直流伺服电机工作原理

直流伺服电机的惯性往往大于鼠笼式交流电机。这和增加的刷子摩擦阻力是阻碍它们在仪器伺服系统中使用的主要因素。在小尺寸中，直流伺服电机主要用于飞机控制系统，在这些系统中，重量和空间限制要求电机提供每单位体积的最大功率。它们通常用于间歇工作或需要异常高启动扭矩的地方。直流伺服电机还可用于机电致动器、过程控制器﹑编程设备、工业自动化机器人、数控机床设备以及许多其他类似性质的应用。

文章简单介绍了直流伺服电机工作原理与特点，浏览全文能了解到直流伺服电机是由四个主要部件组成的组件，即直流电机、位置传感装置、齿轮组件和控制电路。直流电机的所需速度取决于所施加的电压。为了控制电机速度，电位器产生一个电压，该电压被施加到误差放大器的输入之一。

直流、交流伺服电机的结构及工作原理

一、伺服电机(servomotor)的由来和定义

伺服：一词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。

伺服系统：是使物体的位置、方位、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。伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。

由于它的“伺服”性能，因此它就被命名为伺服电机。其功能是将输入的电压控制信号转为轴上输出的角位移和角速度驱动控制对象。

伺服电机一般分为两大类：直流伺服电机、交流伺服电机。

二、交流伺服电动机

1、交流伺服电机的结构

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似。其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组RF，它始终接在交流电压Uf上;另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子。空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。

2、交流伺服电动机的工作原理

交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。

3、伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：

1、起动转矩大

由于转子电阻大，与普通异步电动机的转矩特性曲线相比，有明显的区别。它可使临界转差率,这样不仅使转矩特性(机械特性)更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。

2、运行范围较广

3、无自转现象

正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性以及合成转矩特性.

交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。

交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。

三、直流伺服电机

1、直流伺服电机的结构

最早的伺服电动机是一般的直流电动机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。

2、直流伺服电机的原理

直流伺服电机的工作原理与普通的直流电机工作原理基本相同。依靠电枢气流与气隙磁通的作用产生电磁转矩，使伺服电机转动。通常采用电枢控制方式，在保持励磁电压不变的条件下，通过改变电压来改变转速。电压越小转速越低，电压为零时，停止转动。因为电压为零时，电流也为零，所以电机不会产生电磁转矩，既不会出现自转现象。

3、 直流伺服电机的特点

输入或输出为直流电能的旋转电机。它的模拟调速系统一般是由2个闭环构成的，既速度闭环和电流闭环，为使二者能够相互协调、发挥作用，在系统中设置了2个调节器，分别调节转速和电流。2个反馈闭环在结构上采用一环套一环的嵌套结构，这就是所谓的双闭环调速系统，它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点，因而得到广泛地应用。通常是由模拟运放构成PI或PID电路;信号调理主要是对反馈信号进行滤波、放大。考虑到直流电机的数学模型，模拟调速系统动态传递函数关系在模拟调速系统的调试过程中，因电机的参数或负载的机械特性与理论值有较大差异，往往需要频繁更换R，C等元件来改变电路参数，以获得预期的动态性能指标，这样做起来非常麻烦，如果采用可编程模拟器件构成调节器电路，系统参数如增益、带宽甚至电路结构都可以通过软件进行修改，调试起来就非常方便。