直流伺服电动机的控制与驱动 直流伺服电机工作原理

控制信号由计算机控制系统给定，通过接口和功放电路驱动直流伺服电动机。

功放电路又称功率放大器，目前主要有两种：

1.晶闸管功率放大器

2.晶体管脉冲宽度调制(PWM)功率放大器。

一、PWM晶体管功率放大器的工作原理

1.电压—脉宽变换器

作用：根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。

2.开关功率放大器

作用：对电压—脉宽变换器输出的信号U_s进行放大，输出具有足够功率的信号U_p，以驱动直流伺服电动机。

开关功率放大器常采用大功率晶体管构成。根据各晶体管基极所加的控制电压波形，可分为单极性输出、双极性输出和有限单极性输出三种方式。

二、PWM晶体管功率放大器的数学模型

如果忽略功放电路中晶体管的导通压降，则U_P的幅值与电源电压U_C相等。设三角波周期为T，U_S的正脉冲宽度为T_P，则一个周期内电枢绕组两端的电压U_a为：

展开成傅里叶级数，得：

由于晶体管的切换频率(即Us的频率)通常高于1000Hz，比直流伺服电动机的频带高得多，因而所有的谐波(即交流分量)都将被电动机的低通滤波作用所衰减掉。这样，式中的交流分量可忽略，从而简化为Ua=2U_cU_i/U_Tpp。考虑到PWM晶体管功率放大器所具有的限幅特性，可得到其数学模型如下：

三、设计功放电路时应注意的问题

1.切换频率的选择

1)切换频率应使电动机轴产生微振，以克服静摩擦，改善运行特性，但微振的最大角位移不应大于允许的角位置误差。

2)切换频率应选得足够高，以使电动机电枢感抗足够大，减小电动机内产生的高频功耗和交流分量的影响。

3)切换频率应高于系统中任一部件的谐振频率，以防止共振产生。

2.大功率晶体管的选择

大功率晶体管工作在开关状态，其允许的开关频率一定要大于切换频率，而且开关特性要好，导通后的压降要小，反向耐压要高，以保证驱动电路和电动机性能的发挥。