伺服電機可以精確控制速度和位置，并將電壓信號轉換成扭矩和轉速來驅動被控對象。伺服電機轉子速度由輸入信號控制，并能快速響應。在自動控制系統中，它作為執行機構，具有機電時間常數小、線性度高、啟動電壓低等特點。它可以將接收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度并輸出。它分為兩類：DC伺服電機和交流伺服電機。它的主要特點是信號電壓為零時，沒有旋轉現象，轉速隨著扭矩的增加而勻速下降。

一種DC伺服電機，包括定子、轉子鐵芯、電機轉軸、伺服電機繞組換向器、伺服電機繞組、測速電機繞組和測速電機換向器。

DC伺服電機，特別是DC電刷伺服電機——，成本高，結構復雜，起動轉矩大，調速范圍寬，容易控制，需要維護，但維護(更換碳刷)不方便，會產生電磁干擾，對環境有要求。因此，它不能用于對成本敏感的普通工業和民用場合。

DC伺服電機還包括DC無刷伺服電機——，該電機體積小、重量輕、輸出大、響應快、速度快、慣性小、轉動平穩、轉矩穩定、電機功率受限。易于實現智能化，其電子換相方式靈活，可以是方波換相，也可以是正弦波換相。該電機免維護，無碳刷損耗，效率高，工作溫度低，噪音低，電磁輻射低，使用壽命長，可用于各種環境。

　　直流伺服電機的速度控制單元

　　調速的概念有兩個方面的含義：

(1)改變電機轉速：當指令轉速改變時，電機轉速隨之改變，希望以快的加減速達到新的指令轉速值；

(2)當指令速度不變時，電機速度保持穩定。

為了調節電機的速度和方向，需要控制DC電壓的大小和方向。怎么控制？

DC伺服電機速度控制單元的作用是將速度指令信號轉換成電樞的電壓值，達到調速的目的。

DC電機調速裝置常用的調速方法是晶閘管調速系統；晶體管脈寬調制(PWM)調速系統。

　　1、晶閘管調速系統

在交流電源電壓恒定的情況下，當控制電壓Un*改變時，通過控制電路和晶閘管主電路改變DC電機的電樞電壓Ud，得到控制電壓Un*所需的電機轉速。將電機的實際電壓Un與作為反饋的Un*進行比較，形成速度回路，從而改善電機運行時的機械特性。

晶閘管調速系統主電路采用大功率晶閘管。大功率晶閘管的作用；

(1)整改。將電網的交流電源改為DC；調節回路的控制功率被放大以獲得更高的電壓和電流來驅動電機。

(2)倒置。在可逆控制電路中，當電機制動時，電機的慣性能量轉化為電能，回饋給交流電網實現逆變。

為了控制晶閘管，必須提供觸發脈沖發生器來產生適當的觸發脈沖。脈沖必須與電源的頻率和相位同步，以確保晶閘管的正確觸發

主電路由大功率晶閘管組成的三相全控橋式逆并聯可逆電路組成，分為兩部分(和)，每部分由三相橋連接，兩組逆并聯分別實現正轉和反轉。

每個晶閘管同時導通，形成一個回路。為了保證兩個串聯的晶閘管接通后能同時導通或切斷電流后能再次導通，需要同時向共用陽極組的一個晶閘管和共用陰極組的一個晶閘管發送觸發脈沖。

　　2、PWM調速控制系統

原理：利用大功率晶體管的開關功能，DC伏打

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　　直流電機電壓的平均值

　　其中，T為脈沖周期，Ton為導通時間

　　特點：控制電路簡單，不需附加關斷電路，開關特性好。廣泛應用中、小功率直流伺服系統。

　　（1）PWM系統的組成

　　USr——速度指令轉化過來的直流電壓；

　　U△——三角波；

　　USC——脈寬調制器的輸出（USr+U△）；

　　Ub——調制器輸出的經脈沖分配、由基極驅動轉換過來的脈沖電壓。

　　控制回路：速度調節器、電流調節器、固定頻率振蕩器及三角波發生器、脈寬調制器和基極驅動電路組成。

　　區別：與晶閘管調速系統比較，速度調節器和電流調節器原理一樣。不同的是脈寬調制器和功率放大器。

　　（2）PWM系統的脈寬調制器

　　作用：將電壓量轉換成可由控制信號調節的矩形脈沖，為功率晶體管的基極提供一個寬度可由速度指令信號調節的脈寬電壓。

　　組成：調制信號發生器（三角波和鋸齒波兩種）和比較放大器。

　　3、全數字直流調速系統

　　在全數字直流調速系統中，僅功率轉換組件和執行組件的輸入信號和輸出信號為模擬信號，其余的信號都為數字信號，由計算機通過算法實現。

　　計算機的計算速度很高，在幾毫秒內可以計算出電流環和速度環的輸入、輸出數值，產生控制方波的數據，從而控制電機的轉速和轉矩。全數字調速的特點是離散化，即在每個采樣周期給出一次控制數據。

　　在一個采樣周期內，計算機要完成一次電流環和速度環的控制數據的計算和輸出，對電機的轉速和轉矩控制一次。

　　直流伺服電機的調速原理

　　組成：由磁極（定子）、電樞（轉子）、電刷與換向片三部分組成。結構上做的細長一些，主要是為了減小轉動慣量，從而滿足伺服電機快速響應的要求。

　　工作原理：直流電源接在兩電刷間，電流通入電樞線圈，切割磁力線，產生電磁轉矩。

　　電流方向為：N極下的有效邊中的電流總是一個方向，而S極上的有效邊中的電流總是另一個方向。這樣使兩個邊上受到的電磁力的方向一致，電樞因而轉動。因此，當線圈的有效邊從 N極下轉到S極下時，其中電流的方向必須同時改變，以使電磁力的方向不變。這必須通過換向器得以實現。

　　電磁轉矩

　　感應電勢與轉速關系

　　電樞回路電壓平衡方程式

　　他勵式直流伺服電機的轉速公式

　　直流電機轉速與轉矩的關系n=f（T）稱機械特性（靜態特性）。電機轉速與理想轉速的差Δn，反映了電機機械特性硬度，Δn越小（轉矩對轉速變化的影響程度越小），機械特性越硬。

　　直流電機的基本調速方式有三種：調節電阻Ra、調節電樞電壓Ua和調節磁通Φ的值。電樞電阻調速很少采用，其缺點：不經濟，要得到低速，R很大，則消耗大量電能；低速，特性很軟，運轉穩定性很差；調節平滑性差，操作費力。

　　調節電樞電壓（調壓調速）時，直流電機機械特性為一組平行線，只改變電機的理想轉速n0，保持了原有較硬的機械特性，所以調壓調速主要用于伺服進給驅動系統電機的調速。如果Δn值較大，不可能實現寬范圍的調速。永磁式直流伺服電機的Δn值較小，因此，進給系統常采用永磁式直流電機。

　　調節磁通（調磁調速）不但改變了電機的理想轉速，而且使直流電機機械特性變軟，所以調磁調速主要用于機床主軸電機調速。