伺服电机可以准确控制速率和位置，并将电压信号转换成扭矩和转速来驱动被控工具。伺服电机转子速率由输入信号控制，并能快速响应。在自动控制系统中，它作为执行机构，具有机电时间常数小、线性度高、启动电压低等特点。它可以将吸收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速率并输出。它分为两类：DC伺服电机和交流伺服电机。它的主要特点是信号电压为零时，没有旋转征象，转速随着扭矩的增添而匀速下降。

　　直流伺服电念头的基本类型

DC伺服电机有两种，电磁的和永磁的，但大大都都是永磁的。其优异的控制性能主要得益于其特殊的转子结构。凭证差别的结构，有几种类型的DC伺服电机。

　。1）通俗电枢直流伺服电念头

该伺服电机的结构与动力DC电机基内情同。即电磁或永磁定子，转子由开槽铁芯和嵌入槽中的电枢绕组组成。可是电枢的长度和直径都较量大，也就是转子又细又长。大中型DC伺服电机一样平常都是这种结构，产品容量从几瓦到几百瓦甚至几千瓦不等。同时，由于这种转子结构，它具有很强的负载能力和很大的堵转扭矩，因此关于大负载的伺服系统特殊适用。但由于转子结构重大、体积大，电机的机械惯性(时间常数)大，低速运行稳固性差，控制死区大。

　。2）盘形电枢直流伺服电念头

这台电机的定子是永磁体。其转子为圆盘结构(即长径比小于1)，电枢分为线绕式(线绕式)和印刷电路式(印刷电路式)。电机结构简朴，体积小，转子重量轻，以是转子的机械惯性小(通常模子的机械时间常数小于30)，但堵转力矩小。绕盘式电机容量可达几千瓦，而印刷盘式电机容量较小。

　。3）空心杯电枢直流伺服电念头

电机转子以空心杯状结构为骨架，电枢绕组安排(或印刷)在杯壁上。电枢绕组可以是绕线绕组或印刷绕组。定子是永磁型的。这种伺服电机以其最小的机械惯性、高控制迅速度、险些没有控制死区而著名，并且其体积可以做得很是小，重量轻。可是堵转力矩小，现在还不可做得很大，以是是微型伺服电机。

　。4）无槽电枢直流伺服电念头

无槽电枢DC伺服电机与通俗电枢DC伺服电机的唯一区别是其转子铁芯没有开槽，电枢绕组用牢靠胶粘在电枢外貌。这种伺服电机负载能力大，堵转力矩大，电机容量大，低速稳固性好。

　。5）直流伺服齿轮减速电念头

该伺服电机是一台微型DC电机和一套高精度齿轮减速器。DC伺服电机的输出速率由减速机构减速。以是这种电机最大的特点是可以输出极低的速率(低至每分钟十分之几转)，低速运转很是平稳。特殊适合低速大扭矩系统。

　。6）直流力矩电念头

DC力矩电机是一种低速鼎力大举矩的伺服电机。它可以直接拖动负载，实现低速大扭矩稳固运行，无需中心减速机构，甚至可以锁定旋转事情，无爬行征象，稳速精度高。以是特殊适合那些经常低速使用，负载能力要求相当大的场合。DC力矩电机的结构与通俗电枢DC伺服电机相同。它的定子有大宗的主磁极(通常是6个。8极)，一样平常做成水平组织，电枢长径比一样平常只有0.2左右(即外观为圆盘状)。它有两种结构：内置型和分体封装型。内置电机由制造商像通用电机一样组装成一个整体。定子、转子和电刷与工厂脱离，使用时在现场组装。转子直接套在负载轴上，外壳可凭证需要选择。

　　直流伺服电念头的特征剖析

电枢电压控制的DC伺服电机电枢等效电路如图1所示。

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　　当电念头处于稳态运行时，回路中的电流Ia坚持稳固，则电枢回路中的电压平衡方程式为

　　Ea=Ua-IaRa? （6-1）

　　式中，Ea是电枢反电动势； Ua是电枢电压；Ia是电枢电流；Ra是电枢电阻。

　　转子在磁场中以角速率ω切割磁力线时，电枢反电动势Ea与角速率ω之间保存如下关系：

　　Ea=CeΦω （6-2）

　　式中，Ce是电动势常数，仅与电念头结构有关；Φ是定子磁场中每极的气隙磁通量。

　　由式（6-1）、式（6-2）得

　　Ua-IaRa=CeΦω（6-3）

　　别的，电枢电流切割磁场磁力线所爆发的电磁转矩Tm可由下式表达：

　　Tm=CmΦIa

　　则 Tm=CmΦIn

　　式中，Cm是转矩常数，仅与电念头结构有关。

　　将式（6-4）代入式（6-3）并整理，可获得直流伺服电念头运行特征的一样平常表达式

　　由此可以得出空载（ Tm＝0，转子惯量忽略不计）和电机启动（ω＝0）时的电机特征：

　。1）当Tm＝0时，有

　。2）当ω＝0时，有

　　式中，Td称为启动瞬时转矩，其值也与电枢电压成正比。?

　　若是把角速率ω看作是电磁转矩Tm的函数，即ω=f（Tm），则可获得直流伺服电念头的机械特征表达式为

　　若是把角速率ω看作是电枢电压Ua的函数，即ω=f（Ua），则可获得直流伺服电念头的调理特征表达式

　　凭证式（6-8）和式（6-9），给定差别的Ua值和Tm值，可划分绘出直流伺服电念头的机械特征曲线和调理特征曲线如图2、图3所示。

　　由图2可见，直流伺服电念头的机械特征是一组斜率相同的直线簇。每条机械特征和一种电枢电压相对应，与ω轴的交点是该电枢电压下的理想空载角速率，与Tm轴的交点则是该电枢电压下的启动转矩。

　　由图3可见，直流伺服电念头的调理特征也是一组斜率相同的直线簇。每条调理特征和一种电磁转矩相对应，与Ua轴的交点是启动时的电枢电压。?

　　从图中还可看出，调理特征的斜率为正，说明在一定的负载下，电念头转速随电枢电压的增添而增添；而机械特征的斜率为负，说明在电枢电压稳固时，电念头转速随负载转矩增添而降低。

　　影响直流伺服电念头特征的因素

　　对直流伺服电念头特征的剖析是在理想条件下举行的，现实上电念头的驱动电路、电念头内部的摩擦及负载的变换等因素都对直流伺服电念头的特征有着禁止忽略的影响。

　。 1 ）驱动电路对机械特征的影响

　　直流伺服电念头是由驱动电路供电的，假设驱动电路的内阻是Ri，加在电枢绕组两头的控制电压是Uc，则可画出如图1所示的电枢等效回路。在这个电枢等效回路中，电压平衡方程式为

　　Ea=Uc-Ia（Ra+Ri） （6-10）

　　于是在思量了驱动电路的影响后，直流伺服电念头的机械特征表达式酿成

　　由于驱动电路内阻Ri的保存而使机械特征曲线变陡了，图1给出了驱动电路内阻影响下的机械特征。

　　若是直流伺服电念头的机械特征较平缓，则当负载转矩转变时，响应的转速转变较小，这时称直流伺服电念头的机械特征较硬。反之，若是机械特征较陡，当负载转矩转变时，响应的转速转变就较大，则称其机械特征较软。显然，机械特征越硬，电念头的负载能力越强；机械特征越软，负载能力越低。毫无疑问，对直流伺服电念头应用来说，其机械特征越硬越好。由图1可知，由于功放电路内阻的保存而使电念头的机械特征变软了，这种影响是倒运的，因而在设计直流伺服电念头功放电路时，应想法减小其内阻。

　。2） 直流伺服电念头内部的摩擦对调治特征的影响

　　由图1可知，直流伺服电念头在理想空载时（即Tm1=0），其调理特征曲线从原点最先。但现实上直流伺服电念头内部保存摩擦（如转子与轴承间的摩擦等），直流伺服电念头在启动时需要战胜一定的摩擦转矩，因此启动时电枢电压不可能为零。这个不为零的电压称为启动电压，用Ub体现，如图2所示。

　。3） 负载转变对调治特征的影响

　　由式（6-5）知，在负载转矩TL稳固的条件下，直流伺服电念头角速率与电枢电压成线性关系。但在现实伺服系统中，经；嵊龅礁涸厮孀俦浠坏那樾，如粘性摩擦阻力是随转速增添而增添的，数控机床切削加工历程中的切削力也是随进给速率转变而转变的。这时由于负载的变换将导致调理特征的非线性，如图2所示？杉，由于负载变换的影响，当电枢电压Ua增添时，直流伺服电念头角速率ω的转变率越来越小，这一点在变负载控制时应格外注重。