机电装备设计(12).pptVIP

第五章机电装备伺服系统设计;70年代以来，大惯量宽调速直流伺服电机，在机

床进给伺服中广泛应用；

现代控制理论适应于---多变量时变系统，为计算机

在伺服系统中的应用奠定了理论根底；

用计算机完成系统的校正、改变伺服系统的增益、

带宽，完成系统管理---系统向智能化开展；

采用SPWM控制交流永磁式伺服电机，得到高的

位置精度，是其它控制所不能比较的；

微电子突飞猛进，新元件、新器件、新理论、新

技术使伺服系统向智能化方向开展。

;仿形铣床随动系统示意图;仿形铣床方框图;伺服系统定义：;5.1.1根本要求;5.1.2伺服系统分类;;1、气压伺服2、步进电机和两相交流感应电机

3、微小驱动力矩电机和螺线管传动4、移动线圈直线电机

5、AC电机(无刷DC电机)6、DC电机7、液压伺服;5.2典型伺服系统;步进电机驱动的开环伺服系统;1.主要静态特性;4〕启动频率;5〕惯频特性;;2动态特性;选择步进电动机，根据最大负载力矩，最大启动力矩，最大速度，最大加速度等，根据步进电动机的特性，综合考虑进行选择，工作中要求步进电动机能严格跟随指令脉冲，不发生失频、振荡，能快速起动、停止、正反转和高效运转。;3参数确定;当工作台旋转时;5.2.2交流伺服电机驱动的半闭环系统;脉冲编码器速度位置半闭环系统;半闭环系统工作原理;上图中，CMR---指令脉冲倍率

DMR---检测脉冲倍率

两个电路环节，其数值由软件设定，为了在比较器

中进行比较的指令输入脉冲与反响脉冲的当量相同而

置。

CMR----1个指令脉冲变换为nCMR个脉冲

DMR----将脉冲编码器的角位移反响信号增加nDMR

倍，相当于倍频器。

CMR和DMR的数值是通过软件来设定，它们之间

应该相互匹配，以获得所需的脉冲当量。

;δ----指令脉冲当量为(mm/p)

f----指令脉冲数(p／s)

指令位移当量为δ×f(mm/s)

乘以nCMD后，输入到位置偏差比较器的脉冲数为f×nCMR，此时的脉冲当量为δ‘，那么输入位移当量为δ’×f×nCMR，因为，经指令脉冲倍率变换后不应改变指令位移当量，那么;S----脉冲编码器的分辨率〔p/r)

由于反响到速度比较器??每转脉冲数为;在CNC系统中，

CMR可选值为：0.5、1、2、5、10共5种DMR可选值为：0.5、1、1.5、2、3、4六种

在硬件脉冲编码其分辨率s和丝杠导程t不变

的条件下，可设计多种脉冲当量的伺服系统，

扩展了CNC的适应多种加工的能力。;5.3动力学设计;5.3.1根本公式;式中;电动机转矩计算式为;5.3.2等效负载转矩计算;典型机械系统的等效负载转矩计算;典型机械系统的等效负载转矩计算;5.3.3典型机械传动系统等效转动惯量计算;2直线运动物体的运动惯量换算到驱动轴上的等效转动惯量;对于由k对齿轮、L个直线移动件的螺旋进给

系统，各运动件折算到电动机轴上转动惯量为;3弹性系数的转化

—般认为位移弹簧储有位能，这与电气网络中的电容

或电感相似。当弹簧变形很小时可看成线性，其表达式为：;系统中各环节的弹性变形将如何影响被研究的元件，这里弹性系数转化如下：;4摩擦;由振动理论知，运动中的机械部件易产生振动，其振幅取决

于系统的阻尼和固有频率，系统的阻尼越大，最大振幅越小，

且衰减越快；线性阻尼下的振动为实模态，非线性阻尼下的振

动为复模态。机械运动副的摩擦阻尼占主导地位，在应用中一

般将摩擦阻尼简化为粘性摩擦的线性阻尼。;阻尼对弹性系统的振动特性的主要影响如下：

1)系统的静摩擦阻尼越大，系统的失动量和反转误差越大，

使定位精度降低，加上摩擦一速度特性的负斜率，易产生爬

行，降低机械的性能。

2)系统粘性阻尼摩擦大，系统的稳态误差越大，精度低。

3)质量大刚度低的机械系统，为了减少振幅、加速振动衰

减，可增大粘性摩擦阻尼。

机械传动部件一般可简化为二阶振动系统，其阻尼比为;5.3.4电动机的计算与选择;在不同的应用场合，对伺服电机的性能密度的要求不同。;