2.9　直流伺服电动机的应用

伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件，即输入控制电压后，电动机能按照控制电压信号的要求驱动工作机械。它通常作为随动系统、遥测和遥控系统及各种增量运动系统的主传动元件，应用于打印机的纸带驱动系统、磁盘存储器的磁头驱动机构、工业机器人的关节驱动系统和数控机床进给装置等。

由伺服电动机组成的伺服系统，按被控制对象的不同可分为下面几种控制方式。

①速度控制方式：电动机的速度是被控制的对象。

②位置控制方式：电动机的转角位置是被控制的对象。

③转矩控制方式：电动机的转矩是被控制的对象。

④混合控制方式：此种系统可采用上述的多种控制方式，并能从一种控制方式切换到另一种控制方式。

在伺服系统中，通常采用前两种控制方式，它们的原理框图如图2-16所示。

图2-16（a）为速度伺服驱动系统，n*为速度给定信号，n为通过测速装置输出的实际速度值，两者的偏差通过速度调节器补偿后作为转矩环的指令信号。图2-16（b）为位置伺服系统，θ*为位置给定信号，位置伺服系统将外面的位置环加到速度环上，位置给定信号θ*与转子实际位置θ的差值通过位置调节器进行调节。

（1）在张力控制系统中的应用

张力控制系统在纺织工业、造纸工业、电缆工业和钢铁工业都获得了广泛应用。例如在纺织、印染和化纤生产中，有许多生产机械（如整经机、浆纱机和卷染机等）在加工过程中以及加工的最后，都要将加工物——纱线或织物卷绕成筒形。为使卷绕紧密、整齐，要求在卷绕过程中，在织物内保持适当的恒定张力。实现这种要求的控制系统，叫作张力控制系统。图2-17所示为利用直流伺服电动机驱动张力辊进行检测的张力控制系统。

当织物由导辊经过张力辊时，张力弹簧通过摇杆拉紧张力辊。如织物张力发生波动，则张力辊的位置将上下移动，带动摇杆改变电位器滑动端位置，使张力反馈信号UF随之发生变化。如张力减小，在张力弹簧的作用下，摇杆使电位滑动端向反馈信号减小的方向移动，在某一张力给定信号下，输入到张力调节器的差值电压Δ增加，经功率放大器放大后，使直流伺服电动机的转速升高、张力增大并保持近似恒定。

（2）在随动系统中的应用

图2-18是采用电位器的位置随动系统的示意图。θ和θ'为电位器RP和R'P的轴的角位移，它们分别正比于电压Ug和Uf，θ是控制指令，θ'是被调量，被控机械与R'P的轴连接。差值电压Ud=Ug-Uf，经放大后控制直流伺服电动机，电动机经过传动机构带动被控机械，使θ'跟随θ变化。图2-19是图2-18的反馈控制方框图。

从图2-19的方框图中可以清楚地看出信号的传递途径。位置控制指令θ通过电位器RP（给定元件）将希望的位移量转换为给定电压Ug，而电位器R'P（检测元件）检测出被控机械（控制对象）的实际位移，将它转换为反馈电压Uf，与给定电压Ug比较，得出差值电压Ud，经放大后控制直流伺服电动机（执行元件）向消除偏差的方向转动，直到达到一定精度为止。这样，被控机械的实际位置跟随指令变化，构成一个位置随动系统。