伺服系統(tǒng)技術(shù)(文件)
【正文】 伺服電機(jī) 包括永磁同步交流電機(jī)和無刷直流電機(jī) 永磁同步交流電機(jī) PMSM（ Permanent Mag Synchronous Motor） ： 無刷直流電機(jī) BDCM（ Brushless DC Motor） ： 用永磁體轉(zhuǎn)子代替繞線式轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組，省卻了勵(lì)磁線圈、滑環(huán)、電 刷等。 其結(jié)構(gòu)原理如圖所示： 包括開環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和閉環(huán)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹前者 PC機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 執(zhí)行元件 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 方案確定實(shí)質(zhì)是對(duì)上述各構(gòu)成環(huán)節(jié)的選擇設(shè)計(jì) 執(zhí)行元件的選擇 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇 開環(huán)伺服系統(tǒng)中可以采用步進(jìn)電機(jī)、液壓伺服閥控制的液壓馬達(dá)和液壓缸、氣壓伺服閥控制的氣壓馬達(dá)和氣壓缸等作為執(zhí)行元件，其中步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用最廣泛，當(dāng)負(fù)載能力不夠時(shí)，考慮后者。 計(jì)算時(shí)，按 P104，級(jí)數(shù)選擇曲線和傳動(dòng)比分配曲線 目的： 為選擇步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù)及進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析做基礎(chǔ) 圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式： 確定步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù) 324 ldJ ?????????????? 22) )2(1( 21 ?pJJiJJJ Mszzmd折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jd計(jì)算公式為： ?步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算： ?步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩確定： ??????????ipFipFipFJJTTTTTdmFfm2)122)(2(00m a x?? ????????~ a xmsTT ? 驗(yàn)算慣量匹配 ?步進(jìn)電機(jī)最大啟動(dòng)頻率確定： ?步進(jìn)電機(jī)最大運(yùn)行頻率確定： 根據(jù)啟動(dòng)頻率特性曲線： Tq 對(duì)應(yīng)的 fqmax ，實(shí)際運(yùn)行的 fq fqmax 根據(jù)運(yùn)行頻率特性曲線： TL 對(duì)應(yīng)的 fmax ，實(shí)際運(yùn)行的 f fmax 電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)控制在： 小慣量電機(jī)（ Jm=） 大慣量電機(jī)（ Jm=） 141 ??mdJJ31 ??mdJJ比值太大，系統(tǒng)動(dòng)特性受負(fù)載變化干擾；比值太小，不經(jīng)濟(jì)，大馬拉小車。 例 : 測量得到的反向死區(qū)誤差為 ，系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為 , 試問撥碼開關(guān)應(yīng)預(yù)置到哪一檔才能實(shí)現(xiàn)死區(qū)的補(bǔ)償？ ?數(shù)字仿真誤差校正： 預(yù)先將誤差的數(shù)學(xué)模型輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)一邊輸出工作指令，一方面計(jì)算誤差，輸出校正指令，形成附加運(yùn)動(dòng)，用以校正位移誤差。 國外伺服電機(jī)品牌： 德國： SIEMENS公司、 INDRAMAL公司等 美國： AB公司、 PARKER公司 法國： ALSTHOM公司 國內(nèi)伺服電機(jī)生產(chǎn)廠家較多，集中在華東和華南地區(qū) 選擇導(dǎo)軌種類，確定阻尼比 由實(shí)驗(yàn)可得到各種導(dǎo)軌的等價(jià)阻尼比，同時(shí)考慮系統(tǒng)的速度、穩(wěn)定性、 潤滑、材料等。 圖示 絲杠工作臺(tái)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型 m K x c y 動(dòng)力學(xué)平衡方程為 : 0)(22???? xykdtdycdtdym式中 : m 是絲杠工作臺(tái)的等效集中質(zhì)量 21 31 mmm ??c 是絲杠工作臺(tái)導(dǎo)軌的粘性阻尼系數(shù) k 是絲杠螺母機(jī)構(gòu)的綜合拉壓剛度 y 是工作臺(tái)的實(shí)際位移 x 是電機(jī)轉(zhuǎn)角折算到工作臺(tái)的等效位移，即指令位移 對(duì)上式拉氏變換 ,得系統(tǒng)傳遞函數(shù) : kcsmsksXsYsG???? 2)()()(化簡成二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式為 : 2222)( nnnsssG ????????令 mkn ?2?mcn ???2mkn ??mkc2??n??為絲杠工作臺(tái)系統(tǒng)的固有頻率 為系統(tǒng)縱向振動(dòng)阻尼比 (即粘性阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比 ) 影響系統(tǒng)動(dòng)特性的主要參數(shù)是 和 ，由 k、 m、 c 決定。 絲杠的傳動(dòng)效率 。 要求系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 ，空載啟動(dòng)時(shí)間 ，最 大進(jìn)給速度 ，試對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行以下設(shè)計(jì)驗(yàn)算： 計(jì)算減速傳動(dòng)比 i，并分配傳動(dòng)比； 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，并驗(yàn)算慣量匹配（計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，選定齒輪 模數(shù) m=2mm,齒寬 b=20mm, ）； 快速空載啟動(dòng)時(shí)電機(jī)軸的力矩和在最大載荷作用下所需的力矩； 傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度 Kmin( 取彈性模量 E=210GPa)。 計(jì)算出某項(xiàng)不符合要求時(shí)，重新設(shè)計(jì)計(jì)算。 ?撥碼開關(guān)應(yīng)預(yù)置到 3檔，消除誤差為 3*= 反饋補(bǔ)償型的開環(huán)控制系統(tǒng)原理如下： 步進(jìn) 電機(jī) M 驅(qū)動(dòng)器 指令 脈沖 混合器 脈沖 補(bǔ)償 感應(yīng)同步器 測試器 e=s機(jī) s電 補(bǔ)償脈沖 四、閉環(huán)伺服機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ?采用步進(jìn)細(xì)分電路校正誤差： 實(shí)質(zhì)上是減小了步進(jìn)電機(jī)的步距角即角脈沖當(dāng)量，使轉(zhuǎn)子達(dá)到新穩(wěn)定點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能減小，振動(dòng)減小，精度提高，特別是提高了低速時(shí)的平滑性。 傳動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型可以簡化成如下圖所示的彈簧質(zhì)量系統(tǒng) 圖示 絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的力學(xué)模型 m 2KB KCmin KBR KN KNR 傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度為： NRNCBRB KKKKKK1111211m i nm i n?????此公式計(jì)算的主要是 拉壓剛度 ，而絲杠本身的 扭轉(zhuǎn)剛度 比拉壓剛度大的 多，一般不予考慮 扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算公式為： )/(324r a dmNlGdK T ?? ? G為切變摸量 計(jì)算死區(qū)誤差 計(jì)算定位誤差 死區(qū)誤差又稱之為失動(dòng)量，指啟動(dòng)或反向時(shí)，系統(tǒng)的輸入與輸出 運(yùn)動(dòng)間的差值 產(chǎn)生死區(qū)誤差的原因 電氣系統(tǒng)和執(zhí)行元件的啟動(dòng)死區(qū)（不靈敏區(qū)） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的間隙
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