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第二章 伺服控制基础知识 内容提要 第1节 电力电子器件的应用 第2节 检测元件 第2节 检测元件 速度检测 角度（角位移）检测 位置检测 一、速度检测 在伺服系统中，机械的运动速度控制是最基本的控制内容，当对速度的稳定精度提出较高要求时，就要求对驱动电动机能够实行速度的闭环控制。 速度闭环控制系统中，常用的速度检测元件一般分为二类，即：模拟速度检测元件和数字速度检测元件。测速发电机就是一种模拟速度检测元件。由测速发电机构成的速度闭环控制系统，其精度控制在 3﹪之内已属不易。 测速发电机是一种微型发电机，它的作用是将转速变为电压信号，在理想状态下，测速发电机的输出电压Uo可以用下式表示： Uo＝K*n＝KK’(dθ/dt) (2-1) 式中 KK′ --比例常数(即输出特性的斜率)； n及θ--测速发电机转子的旋转速度、旋转角度。 可见，测速发电机主要有两种用途： 1. 其输出电压与转速成正比，故可用于测速度； 2. 如果以转子旋转角度为参数变量，则可作为机电微分、积分器。 因此测速发电机广泛用于速度和位置控制系统中。 根据结构和工作原理的不同，测速发电机分为直流测速发电机、交流测速发电机。 交流测速发电机分交流同步测速发电机和交流异步测速发电机。 交流同步测速发电机：其输出电压，不仅其幅值与转速有关，其频率也与转速有关，致使电机本身的阻抗与负载阻抗也与转速有关。这样，输出电压与转速呈非线性关系，因此，同步测速发电机不宜用于自动控制系统。 交流异步测速发电机：其输出电压与转速有严格的线性关系，广泛用于自动控制系统。 (一)异步(交流)测速发电机--模拟测量方式 异步测速发电机的结构和空心杯形转子伺服电动机相似，其原理电路图如图所示。 (二)直流测速发电机--模拟测量方式 直流测速发电机是一种用来测量转速的小型他励直流发电机，其工作原理见图2-44。 异步测速发电机的主要优点是：不需要电刷和换向器，因而结构简单，维护容易，惯量小，无滑动接触，输出特性稳定，精度高，摩擦转矩小，不产生无线电干扰（无摩擦火花），工作可靠，正、反向旋转时输出特性对称。 其主要缺点是：存在剩余电压和相位误差，且负载的大小和性质会影响输出电压的幅值和相位。 直流测速发电机的主要优点是：没有相位波动，没有剩余电压，输出特性的斜率比异步测速发电机的大（即测量值变化明显）。 其主要缺点是：由于有电刷和换向器，因而结构复杂，维护不便，摩擦转矩大，有换向火花，产生无线电干扰信号，输出特性不稳定，且正、反向旋转时，输出特性不对称。 (三)光电测速盘（光电编码器）--数字测量方式 1.光电测速原理 2.电动机旋转方向辨别 3.数字测速方法 电动机旋转方向辨别： 数字测速方法 在闭环伺服控制系统中，根据脉冲计数来测量转速的方法有M法测速﹑T法测速和M/T法测速三种： M法测速是指：在规定时间间隔Tg内，测量所产生的脉冲数来获得被测速度值； T法测速是指：测量相邻两个脉冲的时间间隔Ttach来确定被测速度值； M/T法测速是指：同时测量检测时间和在此检测时间内脉冲发生器发送的脉冲数来确定被测速度值。 二、角度（角位移）检测 在伺服系统中测角度（角位移）的方法很多，常用的有电位计、差动变压器、微动同步器、自整角机、旋转变压器等，这里介绍部分测量元件。 ---测小角位移 (二)旋转变压器 简称旋变，是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组（转子绕组）的电压幅值（或相位）与转子转角成正余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内成线性关系。 1、旋转变压器的结构 旋转变压器(又称同步分解器)微特电机的一种，和两相绕线式异步电机结构相似。它由定子和转子两部分组成。（定子和转子均由高导磁的铁镍软磁合金或硅钢薄板冲压成的槽状芯片叠成） 在定子和转子的槽状铁芯内分别嵌有绕组，定子绕组为旋转变压器的原边，它通过固定在壳体上的接板直接引出；转子绕组为旋转变压器的副边，转子绕组分为有刷和无刷两种引出方式。 根据转子绕组的引出方式，可将旋转变压器分为有刷式和无刷式两种结构形式。 有刷式旋转变压器:它的转子绕组是通过滑环和电刷直接引出的，由于电刷与滑环是机械滑动接触，所以，旋转变压器的可靠性差，寿命短。