基于电压控制的紧凑型伺服驱动转矩控制的直流伺服电动机参考.doc

基于电压控制紧凑型伺服驱动转矩控制的直流伺服电动机摘要基对电压控制建议和调查一种新的扭矩控制直流伺服电机的。过分析了转矩控制系统组成直流伺服电机，减速齿轮和扭矩传感器，它结果表明，转矩控制的电压控制是可行的。它也可以消除静态误差输出扭矩和干扰的干扰力矩如减少齿轮摩擦。伺服1、导言为了由机械系统实现微妙的议案，如手指抓住一个物体，理想力接触表面的机械手等，力转矩控制是必不可少的。另一方面，小型和轻型伺服驱动器所需要的是许多自由度的一体化机械系统。本文中，作为一个解决这些方案，基于电压转矩控制直流伺服电机与减速器是一种使用最广泛的驱动器。此外，一个简单而紧凑的伺服驱动器是转矩控制驱动器。转矩控制实验利用伺服驱动器。扭矩控制方法的直流伺服电机已设立直接电流控制输入电流如直接驱动马达。虽然开环电流控制，这并不需要电流传感器矩控制驱动器干扰力矩如减齿轮。用扰动观测器电流控制[ 3 ]力传感器不需要。然而，精确模型的摩擦是非常难以是必需的。用扭矩反馈速度控制伺服驱动器[ 1 ] [ 2 ] 。该伺服驱动器的复杂性和因为它包含了控制器和内部电流控制器。驱动器复杂和的伺服驱动器。2、转矩控制直流伺服电机为了调查基于电压控制的可行性转矩控制，转矩控制系统组成的直流伺服电机，减速齿轮和扭矩传感器图1。 图1转矩控制系统首先直流伺服电机是一系列阻力和反电动势（电动力）。根据这一模型， 式中，是抵抗运动的电枢和，是反电动势常数电机。另一方面， 式中是转子转动惯量和输入阶段的扭矩适用于电动机减速齿轮的。 在公式（4）中，干扰力矩摩擦等 式中是输出阶段减速齿轮与扭矩传感器扭矩传感器扭矩传感器扭矩 式中是强硬的扭矩传感器动态转矩控制系统。通过拉普拉斯变换，这些结合输出扭矩干扰力矩和输出等因子的关系： 为了控制输出转矩，扭矩 式中是理想的输出扭矩是补偿的传递函数另一方面，动态的负载即传递函数最终转化为 当理想转矩不受干扰力矩干扰时，传递函数频静态特性研究静态分析，静态增益的传递函数是通过设置静态分析 其次，考虑到模型负是一般情况下的大众阻尼弹簧系统，负的传递函数式中分别是负粘度和刚度在这种情况下，静态增益刚度负载负外部环因此，静态增益于： 由公式（12）—（13）、（18），静态增益 和是理想的因为当干扰力矩不干涉的时候输出转矩是精确的设置为理想值。当补偿静态增益 通过实施上述的PI控制器，无论是输出扭矩的静态误差干扰力矩的静态干扰消除由于PI控制器的传递函数补偿方法完全对应控制设计策略，乘以开环传递函数的以消除静态误差。通过转矩控制系统分析，电压控制与反馈能够控制直流伺服电机的输出力矩，即使存在摩擦造成的干扰力矩。在这种情况下，无论是输出扭矩的静态误差干扰力矩的静态干扰消除3、紧凑型伺服驱动器的转矩控制直流伺服电机的转矩控制开发的伺服驱动器原型根据以往驱动程序的分析伺服驱动器原型设计紧凑的硬件图2伺服驱动器原型的结构。（微处理单元）该驱动程序能够控制两个直流伺服电机（可编程间隔定时器）包含16位可编程计数器（计数器＃0，＃1 ，＃2）用于定时发生器。系统时钟是提供给所有的＃0系统时钟＃1＃2单稳态触发器＃0＃0＃1时钟＃1＃1＃1微控制器＃2＃1＃0PWM信号1 / 4096。 图2伺服驱动器的开发结构 图3PWM信号时PWM信号门控制输出电压的极性并最终送给全桥驱动器（东芝TA8429H ，最大电源电压： 27V ，最大平均电流： 3.0A）因此，该驱动的输出电压是按比例的PWM比率。驱动光耦合器防止其他电路开关噪声干扰。伺服驱动器原型（ 72x47x35mm ， 0.084千克， 2马达）。 图4 成熟的伺服驱动器（面72x47x35mm ，两个马达）为了评价原型伺服驱动器，这是一个比较典型的的伺服驱动器（谐波传动系统HS-250-2 [6])很显然，伺服驱动器的原型更小巧，轻便输出功率大约为传统的30 ％此外，测速发电机所需要的常规驱动的速度反馈不再是必要的。 伺服驱动器原型的伺服驱动器谐波传动系统HS-250-2 [6] 控制模式 脉宽调制率（电压） 速度总输出功率（最高平均）组件伺服驱动器伺服驱动器变压器组成部分的尺寸 组成部分的积总容积/输出功率 组成部分的 组成部分的总质量总质量/输出功率 电路结构数字电路模拟电路载电流控制接口并行数字输出（或直接连接到微控制器总线）模拟电压转矩控制扭矩传感器放大器，模数转换器的扭矩传感器控制器（软件）测速发电机 扭矩传感器放大器，模数转换器的扭矩传感器 P控制器（软件）表1比较与传统的伺服驱动器 图5 成熟的伺服驱动器（驱动器和电源供应器：前）与的（驱动器和变压器：）伺服驱动器是通过并行数字I / O微控制器总线的一些额外的逻辑驱动因此，高速微控制器和伺服驱动器之间的交流很容易