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* ;第6章 机电一体化系统
机电有机结合分析与设计;* ;稳态设计方法研究的主要内容或步骤:;稳态设计方法学习的主要内容:;伺服系统设计的流程:;6.2 机电一体化系统的稳态设计方法;例如:某系统由m个移动部件和n个转动部件组成。
移动部件的参数:质量mi (Kg);运动速度vi (m/s ) 、负载力Fi(N)
转动部件的参数:转动惯量Jj (Kg.m2);转速或角速度nj-wj (m/s –rad/s) 、负载转矩Tj(N.m)。
1、求等效转动惯量Jkeq
2、求等效负载转矩Tkeq;又因为;2、求等效负载转矩;已知:移动部件(工作台、夹具、工件等)的总质量mA=400kg;沿运动方向的负载FL=800N(包含导轨副的摩擦阻力);电动机转子的转动惯量Jm=4×10-5 kg·m2,转速为nm;齿轮轴部件I(含齿轮)的转动惯量JI=5×10-4kg·m2;齿轮轴部件II(含齿轮)的转动惯量JII=7×10-4kg·m2;轴II的负载转矩TL=4N·m;齿轮z1与z2的齿数分别为20和40,模数为1mm。
求:等效到电机轴上的等效转动惯量
等效到电机轴上的等效转矩;解1)求;2)求;6.2.2 执行元件的匹配选择(课本P220);(1)执行元件的转矩匹配;例如:
机床工作台某轴的伺服电动机输出轴上所受等效负载转矩
=2.5N·m,等效转动惯量为Jmeq=3X10-2kg.m2,由工作台某轴的极限速度换算为电动机输出轴角速度为50rad/s,等加速和等减速时间△t=0.5s,机械传动系统的总传动效率0.85,求电机轴上的总的等效负载转矩?;(2)执行元件的功率匹配;(3)电机的过热验算;6.2.3 减速比的匹配选择与各级减速比的分配;2、使输出速度为最大;6.2.4 检测传感装置、信号转换接口电路、放大电路、 电源的匹配与设计?;系统稳态设计步骤:;磁栅位移传感器;压电式加速度传感器; 2)信号转换接口电路的设计和选用 主要指A/D、D/A的选用
尽可能选用标准、通用、商业集成元件作为信号转换电路的核心元件设计接口电路。重点考虑输入输出通道数,通道类型,通道阻抗与连接元件阻抗之间的匹配等。
3)伺服系统放大器(驱动电路)的设计与选用
驱动电路设计通常分为两部分:信号处理与功率放大(提高信号品质为主),功率放大(增大能量为主)。 ;* ;4)伺服系统的能源(电源)支持 ;6.2.5 机电一体化系统数学模型的类型 ;滚珠丝杠传动半闭环控制系统框图 ;2)有外界干扰时的传递函数数学模型;3)全闭环控制系统;实例(课本P228)
由直流伺服电动机驱动的全闭环控制系统如图所示,直流伺服电机的转速n为1200r/min,功率P为1.5KW,转子的转动惯量Jm为2*10-4Kg.m2,滚珠丝杠的直径d为60mm,长度l为2.16m,基本导程l0为12mm,丝杠的转速ns为400r/min,齿轮减速比i为3,齿轮z1、z2的齿数为17、51,模数m为2,齿轮的宽度B为15mm,工作台移动部件的总重量W为2000N,最大进给速度为4.8m/min,导轨的摩擦系数为0.05.经测量,齿轮的齿侧间隙为0.12mm。
试计算由于轴向刚度和齿轮间隙引起的失动量。
;丝杠两端采用止推轴承支撑,轴向弹性模量E为2.1*1011Pa,止推轴承的刚度系数KB为1.07*109N/m螺母的刚度为2.14*109N/m。
所以丝杠的轴向刚度(Kc)
两端均有止推轴承支撑,其丝杠长度应取为
则
又单个轴承的刚度与 丝杠是串联,则其串联后的刚度为:
;而轴承与二分之一丝杠是两组并联,所以
此刚度由于螺母串联,则其刚度为
工作台启动时的摩擦阻力F=2000*0.05=100N
则其压缩量(变形量△x1)
;则其失动量为2 △x1=0.37( um)
齿轮间隙引起的失动量为△x2
总的失动量为
;课后习题;6.3 机电一体化系统的动态设计考虑方法 ;6.3.2 伺服系统的调节方法 ;1)动态稳定过程的特点:;2)动态系统过渡阶段的主要性能指标;(2)伺服系统动态稳定性校正方法 ;例:单轨悬挂小车输送线 ;岔道;控制系统的品质;*; PID算法的原理及数字实现;** 模拟调节器的数字化仿真方法;u;PID控制原理 -PID控制器;5.2 PID算法的原理及数字实现;;1)PID调节器及其传递函数(含调节电路) ;有源阻容式调节器的传递函数和特点:; d ) 比例—积分—微分( PID )调节——图d ;*;*;数字PID控制算法;数字PID控制—位置型; 数字PID控制——增量型;*;*;*;;*;(3)PID调节器对伺服系统的调节校正性能分析 ;典型闭环系统传
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