动力驱动系统.DOC

第四章　动力驱动及定位 学习要点 主要了解机电一体化系统中常用驱动元件的特点、工作原理和驱动方法。重点放在怎样为系统选择合理的驱动方案、合适的驱动元件以及驱动元件的选择计算方法。具体学习要求如下：　　1．了解机电一体化系统中常用驱动元件的特点和驱动方法。　　2．了解常用定位机构的组成及特点。　　3．熟悉驱动装置的特性和技术要求。　　4．熟悉步进电机、直流电机。　　5．掌握直流电机和步进电机的特点，选择计算方法，直流电机的主要调速方法。 驱动装置的特点及技术要求 （一）驱动装置的特点 驱动装置包括驱动元件和执行机构，与动力源、控制、传感及测试等部分联系密切。 要求：响应速度快，动态性能好，动作灵敏度高，便于集中控制。 技术特点：效率高、体积小、重量轻、自控性强、可靠性高等。 （二）驱动装置的技术要求 主要性能指标：精度、稳定性、快速性、可靠性。　　1.精度（精确性）　　精确性的影响因素：传动误差，传动链的刚度，传感器的精度，接口电路的转换精度等都会影响系统的精度，系统的精度包括静态精度和动态精度。 传动误差由两部分组成，伺服带宽以内的低频分量（齿轮传动、丝杠螺母传动的回程误差）和伺服带宽以内的高频分量（传动机构的传动误差），它对系统性能的影响程度与其在系统中所处的位置有关。 图4.1 电机驱动的直线位置伺服系统的原理图 图4.2 伺服驱动控制系统方框图 前向通道上环节G2(s)的误差对输出精度的影响 设G2(s)环节有误差，把它等效于无误差环节G(2(s)和扰动输入信号RN(s),不考虑其他环节的误差。 图4.3 前项通道上环节有误差时的简化方框图 则系统对于输入的闭环输出传递函数为： ( 设RN(s)=0 ) 则系统对于扰动输入的输出传递函数为： ( 设R(s)=0 ) 　对于一个具有良好工作性能的伺服驱动系统，它的传递函数应具有以下特性:　　 1) 在频率特性的中低频段有，则： 即：误差的低频分量对系统的输出精度几乎没有影响。 2) 在频率特性的高频段有，则； 即：误差的高频分量几乎被一比一的馈送到系统的输出，所以对输出精度影响很大。 　　 (2)前向通道上闭环之后环节G4(s)的误差对输出精度的影响 图4.4 闭环之后环节有误差时的简化方框图 设G4(s)环节有误差，可把它等效于无误差环节G(4(s)和扰动输入信号RN(s),不考虑其他环节的误差。 系统对于扰动输入的输出传递函数为： ( 设R(s)=0 ) 　即：闭环之后传动环节误差的低频分量和高频份量都会影响系统的输出精度。 (3)前向通道上闭环之前环节G1(s)的误差对输出精度的影响 图4.5 闭环之前环节有误差时的简化方框图 设G1(s)环节有误差，可把它等效于无误差环节G(1(s)和扰动输入信号RN(s),不考虑其他环节的误差。 与（1）比较可知，系统对于扰动输入的输出传递函数为：　　对于一个具有良好工作性能的伺服驱动系统，它的传递函数应具有以下特性:　　1) 在频率特性的中低频段，则　　上式说明：误差的低频分量相当于系统输入的一部分，它直接影响系统的输出精度。　　2) 在频率特性的高频段，则　　上式说明：误差的高频分量对系统的输出精度几乎没有影响。 (4)反馈通道上环节G3(s)的误差对输出精度的影响 图4.6 反馈通道上的环节有误差时的简化方框图 设G3(s)环节有误差，可把它等效于无误差环节G(3(s)和扰动输入信号RN(s),不考虑其他环节的误差。 系统对于扰动输入的输出传递函数为： 影响情况与G1(s) 相同，即反馈通道上误差的低频分量直接影响系统的输出精度，高频分量对系统的输出精度几乎没有影响。 例4.1 已知某电机驱动的直线位置伺服系统如图所示，试分析各个环节的误差对输出精度的影响。 例图 4.1 　　解：将上图简化为： 图4.7 简化方框图 (1)信号变换电路：位于闭环之前的输入通道，误差的低频分量会影响输出精度，高频分量对输出精度几乎没有影响。因此要使该电路的静态精度高，可以允许存在一定的高频噪声。 　　(2)齿轮减速器：位于前向通道闭环之内，误差的低频分量不影响输出精度，高频分量对输出精度有影响。因此允许减速器有一定的传动间隙。 　　(3)丝杠螺母机构：位于闭环之后的输出通道，误差的低频分量和高频分量都会影响输出精度。因此丝杠螺母机构必须有较高的精度，才能保证输出精度。　　(4)传感器及信号处理电路：位于反馈通道闭环之内，误差的低频分量对输出精度和系统的稳定性都有影响，高频分量不影响输出精度。因此传感器及信号处理电路的静态精度要高，可以允许存在一定的高频噪声。 思考题1： 试分析图示传动系统中，齿轮减速器的传动误差