伺服系統(tǒng)技術-全文預覽
【正文】 導軌副間的摩擦力 由綜合拉壓剛度而產(chǎn)生的死區(qū)誤差： m i n0KF??F為軸向負載力 由于傳動剛度變化引起定位誤差為： )11(m a x0m i n0 KKFk ???對于開環(huán)系統(tǒng) ?? )51~31(?k 為系統(tǒng)允許的定位精度 ?? 驗算固有頻率 固有頻率的計算公式為： mKnm i n??m 是工作臺質(zhì)量或 21 31 mmm ??工作臺 絲杠 三、開環(huán)伺服機械系統(tǒng)誤差分析 誤差來源 誤差校正 ? 步進電機： 步進電機的步距誤差，一般在 左右，突然啟動時有滯后， 停止時有超前，從整個系統(tǒng)的誤差看，這一誤差較小，通常忽略不計； 51??? 齒輪傳動： 齒輪副的傳動誤差和間隙會對系統(tǒng)造成誤差； ? 滾珠絲杠副傳動： 滾珠絲杠副的軸向間隙產(chǎn)生誤差，而且由于綜合拉壓 剛度不足，會產(chǎn)生傳動誤差； ? 其它傳動裝置： 聯(lián)軸器、齒型帶傳動和諧波齒輪傳動等都會對系統(tǒng)造成 傳動誤差。 執(zhí)行機構(gòu)方案的選擇 傳動機構(gòu)實質(zhì)上是執(zhí)行元件和執(zhí)行機構(gòu)之間的一個機械接口，用于對運動和力進行變換和傳遞，伺服系統(tǒng)中執(zhí)行元件以輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩為主，而執(zhí)行機構(gòu)多為直線運動或旋轉(zhuǎn)運動，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動機構(gòu)有： 絲杠螺母傳動 同步齒型帶傳動 齒輪齒條傳動 直線電機傳動 最常用 步進電機與絲杠螺母間的運動傳遞可能有多種形式： 采用同步齒型帶傳動絲杠：中心距較大 通過減速器傳動絲杠：減速器作用是配湊脈沖當量、轉(zhuǎn)矩放大、 慣量匹配等 通過聯(lián)軸器直接相連：結(jié)構(gòu)簡單，可獲得高速，對電機負載能 力要求較高 執(zhí)行機構(gòu)是伺服系統(tǒng)中的被控對象，是進行實際操作的機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu) 中一般含有導向機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)方案的選擇主要是指導向機構(gòu)的選擇，即 二、開環(huán)伺服機械系統(tǒng)設計計算 確定脈沖當量，初選步進電機 控制系統(tǒng)方案的選擇 導軌的選擇： 滾動導軌 氣浮導軌、液體導軌 塑料貼面滑動導軌 包括微機、步進電機控制方式、驅(qū)動電路、接口電路等的選擇和設計 根據(jù)系統(tǒng)精度要求確定，對于開環(huán)伺服系統(tǒng)，一般取 =???初選步進電機指：選擇步進電機的類型和步矩角 混合式：兼以上二者優(yōu)點，但價格高 反應式： 小、 f 高、價格低，功耗大 永磁式： 大、 f 低，功耗小，斷電后仍有制動力矩 ??? 計算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量 確定減速傳動比 按產(chǎn)品樣本中給出的主要技術參數(shù)選用 傳動比公式： ??360pi ?計算出的傳動比較小時，采用一級齒輪傳動或同步帶傳動 傳動比較大時，采用多級齒輪傳動 齒輪傳動級數(shù)增加時，使齒隙和靜摩擦增加，傳動效率降低，故傳動 級數(shù)一般不超過 3級。 四、交流伺服電機的矢量控制 直流電機轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，轉(zhuǎn)矩的控制容易，動態(tài)性好，而交流 電機的電樞電流不容易得到，轉(zhuǎn)矩的動態(tài)控制較困難，進行矢量控制的 目的就是 模擬直流電機的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 三相交流量 兩相交流量 交流 /直流變換 逆變換 等效直流量 還原三相交流量 實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制 五、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的選擇 電機選擇 成本 轉(zhuǎn)矩慣量比 功率密度 調(diào)速范圍 對傳感器要求 轉(zhuǎn)矩脈動性 轉(zhuǎn)矩速度曲線 167。 圖 1 電樞控制原理 二、直流伺服電機的特性 機械特性 調(diào)節(jié)特性 當控制電壓恒定時，電機的轉(zhuǎn)速 與轉(zhuǎn)矩變化的關系 靜態(tài)特性： 當電磁轉(zhuǎn)矩恒定時，電機的轉(zhuǎn)速 與控制電壓變化的關系 圖 2 直流電機的靜態(tài)特性 三、直流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)設計 動態(tài)特性： 當在電樞上外加階躍電壓時，轉(zhuǎn)速隨時間的變化過程，即： n=f(t)或 =f(t) ?直流電機的選擇 設計的要求 ? 根據(jù)負載的大小，選擇小慣量電機或大慣量電機（也稱力矩電機） ? 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩 和 動態(tài)轉(zhuǎn)矩 滿足要求 ? 折算到電機軸的負載總轉(zhuǎn)動慣量小于或等于電機的轉(zhuǎn)動慣量 啟動、制動、加速、減速 穩(wěn)定運行，低速或重載 ? 滿足穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩要求 nLM TT ?轉(zhuǎn)子JJ LM ? ? 滿足動態(tài)轉(zhuǎn)矩要求 四、直流伺服電機的調(diào)速 fLq TTTT ??? ?其中： Tq為啟動轉(zhuǎn)矩 TL為負載轉(zhuǎn)矩 為加速轉(zhuǎn)矩 Tf為摩擦轉(zhuǎn)矩 ?T加速過程近似線性過程，則加速轉(zhuǎn)矩為： amamtnJtJdtdJT602 ???? ???其中： nm為最高轉(zhuǎn)速 m? 為最高角速度 ? 頻繁啟制動或負載經(jīng)常變化時，轉(zhuǎn)矩均方根值小于電機額定轉(zhuǎn)矩 根據(jù)等效發(fā)熱準則，有： ntt TdtTt ??021其中： Tn為額定轉(zhuǎn)速 t為整個工作時間（或周期） Tt為瞬時轉(zhuǎn)矩 有三種調(diào)速方法： ? 電樞控制調(diào)速 （即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）：不同的轉(zhuǎn)速時， ? 磁場控制調(diào)速 （即恒功率調(diào)速）：不同的轉(zhuǎn)速時， ? 混合調(diào)速（ 即恒功率調(diào)速），如主軸伺服驅(qū)動，在額定轉(zhuǎn)速以下為恒 轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率調(diào)速 . .cons tIT L ??如進給伺服系統(tǒng) 如小慣量高速伺服系統(tǒng) .cons tIP ??167。 最大靜轉(zhuǎn)矩 Tmax與相數(shù)、拍數(shù) 一般根據(jù) TL ≤ （ 30～ 50%） Tmax選擇 Tmax 其中 TL為把負載折合到步進電機軸的負載力矩，若相數(shù)、拍數(shù)較多，可選 ，否則選 ，考慮控制回路的復雜和經(jīng)濟程度，一般取相數(shù)較少的。 依次按 AB
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