机器人驱动系统 (2).ppt

2.异步交流伺服电机的基本原理1）转子导条切割旋转磁场磁力线，产生感应电势，使转子导条有电流流过。2）有电流流过的导条在磁场中受到的电磁力对转轴形成电磁力矩，使转子跟着旋转磁场转动。3）转子的转动方向与磁铁的转动方向相同，转子转速与磁铁的转速成正比。4）由于转子自身阻转矩以及负载阻转矩的影响，转子的转速要小于磁铁转动转速，故称异步电动机。异步交流电机工作原理图异步交流电机结构图第37页,共44页，星期六，2024年，5月3.交流伺服电机的调速方法异步交流电机转速的基本公式：其中：n—电动机转速，单位r/min；f—电源电压频率，单位：Hz；p—电动机磁极对数；s—转差率，S=n0-n/n0n0—电动机定子旋转磁场转速（同步转速），单位：r/min；由上式可见，改变异步电动机转速的方法有三种：1）改变极对数P,但一般交流电动机磁极对数不能改变，磁极对数可变的电动机称为多速电动机。因为磁极对数只能成对出现，所以转速只能成倍改变，因此只能实现有级变速，速度不能平滑调节。2）改变转差率S,适合于绕线式异步电动机。在转子绕组回路中串入电阻使电动机机械特性变软，转差率增大。串入的电阻越大，转速越低，但调速范围窄，不易控制。3）改变交流频率f,目前高性能的调试系统大多采用变频调试，能够实现宽范围的无级调速，且转速与频率成正比。第38页,共44页，星期六，2024年，5月4．变频调速（1）原理及构成主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。（2）优点1）电机运行平稳。采用变频调速，可使电机的工作磁场接近圆形旋转磁场。2）较高的效率和功率因数。采用变频调速可使电机的转差率很小，损耗小、效率较高3）调速范围宽：频率可以在低于和高于电源频率的范围内调节。4）开环精度较高：采用数字控制时，变频调速能够得到较高的开环控制精度。第39页,共44页，星期六，2024年，5月（3）分类1）按变换的环节分类交-直-交变频器；交-交变频器2）按直流电源性质分类电压型变频器；电流型变频器3）按主电路工作方法可分为电压型变频器、电流型变频器。4）按照工作原理分类可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等。5）按照变频调压方法可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器。6）按照用途分类可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。此外，变频器还可以按输出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低等方式分类。第40页,共44页，星期六，2024年，5月4.5新型驱动器4.5.1压电驱动器压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。压电驱动器是利用逆压电效应，将电能转变为机械能或机械运动，实现微量位移的执行装置。压电材料具有很多优点：易于微型化、控制方便、低压驱动、对环境影响小以及无电磁干扰等。如图是一种典型的应用于微型管道机器人的足式压电微执行器，有一个压电双晶薄片及其上两侧分别贴置的两片类鳍型弹性体足构成。压电双晶片在电压信号作用下产生周期性的定向弯曲，将使弹性体与管道两侧接触处的动态摩擦力不同，从而推动执行器向前运动。第41页,共44页，星期六，2024年，5月4.5.2形状记忆合金驱动器1.形状记忆合金的定义及特点定义：状记忆合金是一种特殊的合金，一旦使它记忆了任何形状，即使产生变形，但当加热到某一适当温度时，它就能恢复到变形前的形状。利用这种驱动器的技术即为形状记忆合金驱动技术。特点：1）变形量大。2）变位方向自由度大。3）变位可急剧发生。应用：它具有位移较大、功率重量比高、变位迅速、方向自由的特点。特别适用于小负载高速度、高精度的机器人装配作业、显微镜内样品移动装置、反应堆驱动装置、医用内窥镜、人工心脏、探测器、保护器等产品上。第42页,共44页，星期六，2024年，5月2．形状记忆合金驱动器的特点优点：形状记忆合金微驱动器除具有高的功率/重量比这