1、执行电动机选择的基本依据2009年11月19日执行电动机选择的基本依据伺服系统设计通常从选择执行电动机开始。作为伺服系统的执行元件，应能方便地实现连续地、平滑地、可逆调速，对控制信号反应快捷，才能保证整个系统带动被控对象按所要求的规律运动。伺服系统应看作是被控对象的一个组成部分，执行电动机是伺服系统的一个重要组成部分，同时又要它驱动被控对象，因此它是伺服系统与被控对象相联系的一个关键部件。执行电动机必须适应被控对象工作的特点与环境条件，它的机械结构尺寸、安装固定方式，必须与被控对象紧密配合，以求得总体的合理配置，便于安装调整，便于使用维护。这些都关系到执行电动机的选择。在伺服系统应用的许多场合
2、，要想改换别种类型的执行电动机，常会遇到机械结构、体积重量、使用环境条件、电源配备的种类等方面的限制，使设计难以实现。可用作伺服系统执行元件的电动机种类很多，从大的类别看：有直流伺服电动机(他激的或承磁的)、直流力矩 电动机、直流无刷电动机、两相异步电动机、三相异步电动机、滑差电动机、同步电动机、各种步进电动机等等。由于它们调速方法不同、所需电源种类不同、驱动它们运转的功率放大装置更是多种多样，因而它们的机械特性、调速特性、过载能力、线路的复杂程度、驱动功率的大小，以及构成系统的总成本，都各不相同，需要认真地具体分析比较来确定。选择执行电动机不能只停留在确定电动机的类别及其控制方式上，还必须确
3、定具体型号与规格，需要作定量的核算。为此，要根据被控对象的运动形式(旋转或直线运动)，运动的变化规律，运动负载的性质和具体数量，运行工作体制(是长期连续运行或短时运行或间歇式运行)，结合系统的稳态性能指标要求，作定量的分析。伺服系统带动被控对象运动，常常很难用简单的数学表达式来描述，为便于工程设计计算，需作合理的简化，首先应将被控对象运动负载作必要的典型分解，以转动形式为例，常见的典型负载有以下几种：1)干摩擦力力矩Te= TC sign式中，表示负载转动的角速度(rads)；sign为符号函数。2)惯性转矩Tj=j式中，j为负载转动惯量(kgm?）为负载角加速度(rad s?)。3)粘性摩擦
4、力矩Tb=C式中，C为粘性摩擦系数(Nms)。4)重力力矩TG=Gl 式中， G表示负载重量(N) ；L负载重心垂线到转动中心的距离(m)。5)弹性力矩TK=KM式中， K为扭转弹性系数(Nmrad)；m为负载转动角度(rad)。6)风阻力矩Tt=f式中， f为风阻系数(Nms?)尽管伺服系 统的负载特性多种多样，其中大多数系统可用Tc和Tj两种组合表示，有的需三种或多种典型负载的组合来表示。以上典型负载与其运动参数(角速度或角加速度或角度)有关，如果被控对象的运动有规律，其角速度(t)、角加速度(t)、角度m(t)能用简单的数学形式来表述，则定量分析系统负载的大小很方便。但多数被控对象的运动
5、形态是随机性的，很难用简单的确定的格式来描述，工程上采取近似方法，或选取几个有代表性的工况作定量分析计算。如长期运行时执行电动机的发热状态，短时超载或系统极限运行时执行电动机的承受能力，根据对系统动态性能的要求检验执行电动机的响应能力等。显然，被控对象的运动是与执行电动机的运动同时进行的。执行电动机除了要克服被控对象所形成的负载外，还必须克服电动机自身的干摩擦力矩Trc(Nm)和电动机转子的惯性转矩Jrr式中，Jr(kg-m?)为电动机转子转动惯量，r(rads?)为电动机转动角加速度。当执行电动机与被控对象之间有变速传动装置时，还需要考虑传动比i、传动效率和传动装置的等效转动惯量JP(kgm
6、?)等因素被控对象的运动参数及负载特性需由用户提出，而电动机的特性及其技术参数由生产厂家推出的产品目录来提供。但电动机的种类多、型号多、生产厂家也多，所提供的产品技术参数也不一致。所用量纲也不统一，因此选执行电动机作定量计算时，必须作相应的换算。例如LY系列永磁式直流力矩电动机产品目录，列出电动机的输出参数有：峰值堵转力矩Tmb1最大空载转速nmo 连续堵转力矩Tcb1 ；对应的电动机输入参数有：峰值堵转电流Imb1和电压Um ，连续 堵转电流Icb1和电压Uc ；电动机自身的参数有：电势系数ce ，转子转动惯量JT，电磁时间常数Ti 。需要指出的是：其中nmo是电枢电压为Um 时电动机的实际
7、空载转速，并不是理想空载转速njonmo和Tmb1可以决定电压为Um 时电动机机械特性，并可求出电动机自身的摩擦力矩Trc如对于90LY54系列电动 机，它的技术参数：Um=48V，Imb1=15A， nmo=450rmin，Icbl=O 86A，UC=274V ，Ce=0.096V(r min)，ti=3ms，Tmb1=14kgCm=0，149.8=将Um、 Ce代人式(4-1)得nio=500rmin 再由式(4-2)得连接nio和Tmb1 直线，如图43所示是电压为Um的机械待性，它代表该电动 机特性的极限，在横坐标Tcbl 点作平行于第一条机械特性的平行线，即得电压为Uc时的电动机机械
8、特性，它的空载转速no为 这两条机械特性就是电动机定量计算的依据。此外，直流力矩电动机电枢电阻Ra为 电动机的反电势常数Ke(V s)为对应90LY54 电动 机，其Ra=32Ke=09168Vs，电磁转矩常数K=09168NmA，即Km的数值等于Ke但量纲应是N-mA。这些数据对于进行定量分析，建立系统动态数学模型都是重要的、必需的。例如SZ 系列直流伺服电动机的技术数据，产品手册上给出电动机的输出参数有额定转矩Tnom额定转速nnom、额定功率Pnom，输人参数有电枢额定电压unom、额定电流，Jnom、激磁电压Uf和激磁电流if；电枢转动惯量Jr，其他参数需要用以下关系估算：电枢电阻 电
9、枢电感式中，np为电动机磁极对数。电势常数 转矩常数在ZK型封闭式直流伺服电动机的技术数据中，有额定功率Pnom(kW)、额定电压转子转动惯量 电动机自身的摩擦力矩Trc可以用下式估算：在sL系列两相异步电动机的技术参数中，有电动机输人参数：频率，(Hz)、激磁电压uf(V)、额定控制电压unom堵转电流，Ib1(A)、每相输入功率P(w)；电动机输出参数有额定输入电压Pnom(w)、空载转 速no(rmin)、堵转转矩Tbe(gcm) ；电动机自身参数有极对数P、电动机时间常数Tm(s)。两相异步电动机自身摩擦力矩很小，计算时可忽略。其额定转矩Tnom=12Tbe98 ，额定转速电动机转子转
10、动惯量从产品手册中所列数据可看出：两相异步电动机的体积不小而输出功率小，只适于功率很小的场合。但由于控制线路简单，构成系统的成本低，仍应用很广泛。可供伺服系统用作执行元件的直流电动机的类数很多，其控制线路也比较简单，加上直流电动机的调速特性线性化、实现可逆调速很方便，过载能力较大，因而在伺服系统中得到广泛的应用。三相异步电动机作为伺服系统执行元件还是近年来才出现，三相异步电动机本身成本低，性能稳定，便于维护，为获得较宽的调速范围，需采用变频调速等较复杂的控制线路，目前用异步电动机构成伺服系统的总成本比直流伺服系统要高。但随着电子产品价格的不断下降，尤其是在中等功率特别是大功率的应用场合，交流伺服系统有逐渐替代直流伺服系统的趋势。
