直流伺服電機分為直流有刷伺服電機和直流無刷伺服電機,本內容咱們主要講解直流無刷伺服電機系統。
直流無刷伺服電機體積小,重量輕,出力大,響應快,速度高,慣量小,轉動平滑,力矩穩定,電機功率有局限做不大。容易實現智能化,其電子換相方式靈活,可以方波換相或正弦波換相。電機免維護不存在碳刷損耗的情況,效率很高,運行溫度低噪音小,電磁輻射很小,長壽命,可用于各種環境。
直流伺服系統因具有轉動慣量小、啟動電壓低、空載電流小、棄接觸式換向系統,大大提高電機轉速, 不存在電刷磨損情況,除轉速高之外,還具有壽命長、噪音低、無電磁干擾等特點。所以對直流伺服電機進行仿真研究是應用的基礎。一、系統結構 系統的數學模型就略過了,具體可以查閱相關論文。直流電機雙閉環調速系統(額定勵磁下忽略其對電樞回路的影響)是多環控制系統,由內到外分別為電流環、速度環,其動態結構圖如下圖:

直流電機雙閉環調速系統動態結構圖

設計時從內環到外環,逐一設計,先設計好電流環調節器,在把電流環看成速度環的一個環節,再設計速度環調節器。電流環的作用是提高系統的響應能力,抑制電網電壓的波動,轉速環的作用是提高系統抗負載擾動能力,抑制轉速的波動。限于篇幅,電流調節器和速度調節器皆按照典型II型系統設計并給出設計步驟,典型1型系統設計及步驟省去。最后把它們進行仿真對比。
二、系統仿真

直流伺服電機系統總體仿真

直流伺服電機系統電流環調節器結構圖

直流伺服電機系統轉速環調節器結構圖

直流伺服電機系統PWM變換器仿真模型

直流伺服電機系統在0.5s時改變占空比的仿真圖

直流伺服電機系統電流波形圖

直流伺服電機系統速度波形圖
0.2s后空載啟動,給定額定轉速200rad/s,0.8s時突加9.8N.m的負載,1.2s后突減至4.8N.m。系統輸出電流和速度波形如上所示。

直流伺服電機系統電流波形(正反轉)

直流伺服電機系統電流波形(正反轉)
0.1s后空載啟動,給定額定轉速200rad/s,0.6s后,給定額定轉速-200rad/s。系統輸出電流和速度波形如上所示。
直流伺服電機系統主要用于各類數字控制系統中的執行機構驅動;需要精確控制恒定轉速或需要精確控制轉速變化曲線的動力驅動。