2.9　直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用

伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，即輸入控制電壓后，電動(dòng)機(jī)能按照控制電壓信號(hào)的要求驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械。它通常作為隨動(dòng)系統(tǒng)、遙測(cè)和遙控系統(tǒng)及各種增量運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的主傳動(dòng)元件，應(yīng)用于打印機(jī)的紙帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、磁盤存儲(chǔ)器的磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床進(jìn)給裝置等。

由伺服電動(dòng)機(jī)組成的伺服系統(tǒng)，按被控制對(duì)象的不同可分為下面幾種控制方式。

①速度控制方式：電動(dòng)機(jī)的速度是被控制的對(duì)象。

②位置控制方式：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角位置是被控制的對(duì)象。

③轉(zhuǎn)矩控制方式：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是被控制的對(duì)象。

④混合控制方式：此種系統(tǒng)可采用上述的多種控制方式，并能從一種控制方式切換到另一種控制方式。

在伺服系統(tǒng)中，通常采用前兩種控制方式，它們的原理框圖如圖2-16所示。

圖2-16（a）為速度伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，n*為速度給定信號(hào)，n為通過(guò)測(cè)速裝置輸出的實(shí)際速度值，兩者的偏差通過(guò)速度調(diào)節(jié)器補(bǔ)償后作為轉(zhuǎn)矩環(huán)的指令信號(hào)。圖2-16（b）為位置伺服系統(tǒng)，θ*為位置給定信號(hào)，位置伺服系統(tǒng)將外面的位置環(huán)加到速度環(huán)上，位置給定信號(hào)θ*與轉(zhuǎn)子實(shí)際位置θ的差值通過(guò)位置調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（1）在張力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

張力控制系統(tǒng)在紡織工業(yè)、造紙工業(yè)、電纜工業(yè)和鋼鐵工業(yè)都獲得了廣泛應(yīng)用。例如在紡織、印染和化纖生產(chǎn)中，有許多生產(chǎn)機(jī)械（如整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)和卷染機(jī)等）在加工過(guò)程中以及加工的最后，都要將加工物——紗線或織物卷繞成筒形。為使卷繞緊密、整齊，要求在卷繞過(guò)程中，在織物內(nèi)保持適當(dāng)?shù)暮愣◤埩Α?shí)現(xiàn)這種要求的控制系統(tǒng)，叫作張力控制系統(tǒng)。圖2-17所示為利用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)張力輥進(jìn)行檢測(cè)的張力控制系統(tǒng)。

當(dāng)織物由導(dǎo)輥經(jīng)過(guò)張力輥時(shí)，張力彈簧通過(guò)搖桿拉緊張力輥。如織物張力發(fā)生波動(dòng)，則張力輥的位置將上下移動(dòng)，帶動(dòng)搖桿改變電位器滑動(dòng)端位置，使張力反饋信號(hào)UF隨之發(fā)生變化。如張力減小，在張力彈簧的作用下，搖桿使電位滑動(dòng)端向反饋信號(hào)減小的方向移動(dòng)，在某一張力給定信號(hào)下，輸入到張力調(diào)節(jié)器的差值電壓Δ增加，經(jīng)功率放大器放大后，使直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高、張力增大并保持近似恒定。

（2）在隨動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖2-18是采用電位器的位置隨動(dòng)系統(tǒng)的示意圖。θ和θ'為電位器RP和R'P的軸的角位移，它們分別正比于電壓Ug和Uf，θ是控制指令，θ'是被調(diào)量，被控機(jī)械與R'P的軸連接。差值電壓Ud=Ug-Uf，經(jīng)放大后控制直流伺服電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)被控機(jī)械，使θ'跟隨θ變化。圖2-19是圖2-18的反饋控制方框圖。

從圖2-19的方框圖中可以清楚地看出信號(hào)的傳遞途徑。位置控制指令θ通過(guò)電位器RP（給定元件）將希望的位移量轉(zhuǎn)換為給定電壓Ug，而電位器R'P（檢測(cè)元件）檢測(cè)出被控機(jī)械（控制對(duì)象）的實(shí)際位移，將它轉(zhuǎn)換為反饋電壓Uf，與給定電壓Ug比較，得出差值電壓Ud，經(jīng)放大后控制直流伺服電動(dòng)機(jī)（執(zhí)行元件）向消除偏差的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到達(dá)到一定精度為止。這樣，被控機(jī)械的實(shí)際位置跟隨指令變化，構(gòu)成一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)。