1. 引言

直流伺服電機(jī)以其高響應(yīng)速度、高精度、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。直流伺服電機(jī)的控制方式是實(shí)現(xiàn)電機(jī)性能的關(guān)鍵，本文將對(duì)直流伺服電機(jī)控制方式的基本形式進(jìn)行介紹。

2. 直流伺服電機(jī)的工作原理

直流伺服電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、換向器、電刷等部分組成。其工作原理基于電磁感應(yīng)定律和洛倫茲力定律。當(dāng)電機(jī)的定子繞組通入直流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)的作用下，受到洛倫茲力的作用而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。通過(guò)改變電樞電流的方向和大小，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制。

3. 直流伺服電機(jī)的控制策略

3.1 開環(huán)控制

開環(huán)控制是指電機(jī)控制系統(tǒng)中沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)，控制器根據(jù)輸入信號(hào)直接控制電機(jī)的運(yùn)行。開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但對(duì)負(fù)載變化和系統(tǒng)參數(shù)變化的適應(yīng)性較差，精度和穩(wěn)定性較低。

3.2 閉環(huán)控制

閉環(huán)控制是指電機(jī)控制系統(tǒng)中存在反饋環(huán)節(jié)，控制器根據(jù)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的差值來(lái)調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有較高的精度和穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)負(fù)載變化和系統(tǒng)參數(shù)變化。閉環(huán)控制方式主要包括以下幾種：

3.2.1 速度閉環(huán)控制

速度閉環(huán)控制是指通過(guò)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并與給定速度進(jìn)行比較，根據(jù)差值來(lái)調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行。速度閉環(huán)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制，廣泛應(yīng)用于需要精確速度控制的場(chǎng)合。

3.2.2 位置閉環(huán)控制

位置閉環(huán)控制是指通過(guò)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)角，并與給定位置進(jìn)行比較，根據(jù)差值來(lái)調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行。位置閉環(huán)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)位置的精確控制，廣泛應(yīng)用于需要精確位置控制的場(chǎng)合。

3.2.3 電流閉環(huán)控制

電流閉環(huán)控制是指通過(guò)測(cè)量電機(jī)的電樞電流，并與給定電流進(jìn)行比較，根據(jù)差值來(lái)調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行。電流閉環(huán)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電流的精確控制，提高電機(jī)的效率和穩(wěn)定性。

3.2.4 復(fù)合閉環(huán)控制

復(fù)合閉環(huán)控制是指將速度閉環(huán)、位置閉環(huán)和電流閉環(huán)等多種控制方式組合在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的多目標(biāo)控制。復(fù)合閉環(huán)控制系統(tǒng)具有更高的性能和適應(yīng)性，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

4. 直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路

直流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路是實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制的關(guān)鍵部分。驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是將控制器輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)所需的電能。直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要包括以下幾種：

4.1 脈沖寬度調(diào)制（PWM）驅(qū)動(dòng)電路

脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路是一種常用的直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。通過(guò)調(diào)整脈沖的占空比，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電樞電流的精確控制。PWM驅(qū)動(dòng)電路具有響應(yīng)速度快、控制精度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 線性驅(qū)動(dòng)電路

線性驅(qū)動(dòng)電路是一種基于晶體管或MOSFET的驅(qū)動(dòng)方式。線性驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)調(diào)整晶體管或MOSFET的導(dǎo)通程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電樞電流的控制。線性驅(qū)動(dòng)電路具有控制精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但效率較低。

4.3 電流源驅(qū)動(dòng)電路

電流源驅(qū)動(dòng)電路是一種基于電流源的驅(qū)動(dòng)方式。電流源驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)調(diào)整電流源的輸出電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電樞電流的控制。電流源驅(qū)動(dòng)電路具有控制精度高、穩(wěn)定性好、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

4.4 混合驅(qū)動(dòng)電路

混合驅(qū)動(dòng)電路是將PWM驅(qū)動(dòng)電路、線性驅(qū)動(dòng)電路和電流源驅(qū)動(dòng)電路等多種驅(qū)動(dòng)方式組合在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的多目標(biāo)控制?；旌向?qū)動(dòng)電路具有更高的性能和適應(yīng)性，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

5. 直流伺服電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用

直流伺服電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。以下是一些典型的應(yīng)用實(shí)例：

5.1 工業(yè)自動(dòng)化

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，直流伺服電機(jī)常用于控制機(jī)械手、輸送帶、裝配線等設(shè)備。通過(guò)精確控制電機(jī)的速度和位置，可以實(shí)現(xiàn)高效的自動(dòng)化生產(chǎn)。

5.2 機(jī)器人

在機(jī)器人領(lǐng)域，直流伺服電機(jī)常用于控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)。通過(guò)精確控制電機(jī)的速度和位置，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的靈活運(yùn)動(dòng)和精確操作。