【正文】 2022/4/14 199 第四節(jié) 伺服系統(tǒng)設(shè)計 ?傳動機構(gòu)方案的選擇 傳動機構(gòu)實質(zhì)上是執(zhí)行元件與執(zhí)行機構(gòu)之間的機械接口，用于對運動和立進行變換和傳遞。 2022/4/14 191 第二節(jié) 伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件 如果步進電動機繞組的每一次通斷電操作稱為一拍，每拍中只有一相繞組通電，其余繞組斷電，則這種通電方式稱為單相通電方式。定子鐵心較一般電動機開槽多且深，圍繞在定子鐵芯上，絕緣可靠，磁場均勻。做功介質(zhì)可以用水，但大多用液壓油。 2022/4/14 171 第一節(jié) 伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點 ?具有較硬的機械特性和良好的調(diào)節(jié)特性 (理想情況下，兩種特性曲線是一直線 ) ?具有寬廣而平滑的調(diào)速范圍 ?具有快速響應(yīng)特性 ?具有小的空載始動電壓 2022/4/14 172 第一節(jié) 伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式及特點 ?伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式 機電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型繁多，但從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分。 2022/4/14 155 第五節(jié) 傳感器非線性補償技術(shù) ?查表法 所謂查表法，就是把事先計算或測得的數(shù)據(jù)按一定順序編制成表格，查表程序的任務(wù)就是根據(jù)被測參數(shù)的值或者中間結(jié)果，查出最終所需要的結(jié)果。 2022/4/14 147 第三節(jié) 傳感器前期信號處理 這種情況下如果輸出只使用一個放大倍數(shù)的放大器，在進行小信號轉(zhuǎn)換時將會引入較大的誤差，無法滿足上述要求。如果需要檢測非良導(dǎo)電體，如塑料等材料物體的接近程度，上述兩種傳感器都無能為力，需要利用光電式或其他類型的傳感器 2022/4/14 137 第二節(jié) 常用傳感器 ?光電式接近傳感器 使用一個發(fā)光二極管和一個光電三級管組成，當(dāng)被檢測物體表面接近交點時，發(fā)光二極管的發(fā)射光被光電三級管接受，產(chǎn)生電信號。 2022/4/14 127 第二節(jié) 常用傳感器 ?光柵角位移傳感器 與光柵線位移傳感器相比，光柵角位移傳感器將光柵印在圓盤的圓周上。 2022/4/14 118 第二節(jié) 常用傳感器 ?差動變壓器式線位移傳感器 將被測量轉(zhuǎn)化為線圈的互感變化。自動化程度越高，控制系統(tǒng)對傳感器的要求也就越高 2022/4/14 97 第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識 ?把各種非電量信息轉(zhuǎn)換為電信號 ?對轉(zhuǎn)換后的電信號進行測量 ,并進行放大、運算、轉(zhuǎn)換、記錄、指示、顯示等處理 2022/4/14 98 第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識 傳感器是借助檢測元件接收一種形式的信息，并按一定規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝臵。為了使傳動桿恢復(fù)到原來的位臵，可以利用壓縮空氣或乳化液來冷卻 熱變形微動機構(gòu)具有高剛度和無間隙的優(yōu)點，并可通過控制加熱電流來得到所需微量位移；但由于熱慣性以及冷卻速度難以精確控制等原因，這種微動系統(tǒng)只適用于行程較短、頻率不高的場合。 2022/4/14 76 第二節(jié) 導(dǎo)向機構(gòu) ?塑料導(dǎo)軌軟帶 可與鑄鐵或鋼組成滑動摩擦副，也可以與滾動導(dǎo)軌組成滾動摩擦副 2022/4/14 77 第二節(jié) 導(dǎo)向機構(gòu) ?金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板 一般用膠粘貼在金屬導(dǎo)軌上，成本較高 ?塑料涂層 主要用于導(dǎo) 軌的維修和 設(shè)備的改造 ，也可用于 新產(chǎn)品設(shè)計 2022/4/14 78 第二節(jié) 導(dǎo)向機構(gòu) ?滾動導(dǎo)軌 滾動導(dǎo)軌是在做相對直線運動的兩導(dǎo)軌面之間加入滾動體，變滑動摩擦為滾動摩擦的一種直線運動支撐。 2022/4/14 68 第一節(jié) 傳動裝臵 棘輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和運動可靠等優(yōu)點，故在各類機械中有廣泛的應(yīng)用。主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動或?qū)⒅本€運動變換為旋轉(zhuǎn)運動 2022/4/14 45 第一節(jié) 傳動裝臵 ?滾珠絲杠副的特點 ?傳動效率高 ?運動具有可逆性 ?系統(tǒng)剛度好 ?傳動精度高 ?使用壽命長 ?不能自鎖 ?工藝復(fù)雜 2022/4/14 46 第一節(jié) 傳動裝臵 ?滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型可從螺紋滾道的界面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向間隙的調(diào)整方法進行區(qū)別 ?單圓弧型和雙圓弧型 R( a )βRr bee( b )2022/4/14 47 第一節(jié) 傳動裝臵 ?內(nèi)循環(huán)和外循環(huán) 內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短，流暢性好，效率高螺母的尺寸也較小。 2022/4/14 38 第一節(jié) 傳動裝臵 ?摩擦 兩物體接觸面間的摩擦力在應(yīng)用上可以簡化為粘性摩擦力、庫倫摩擦力與靜摩擦力三類，方向均與運動方向（或運動趨勢方向）相反。 2022/4/14 30 第四節(jié) 機電一體化的相關(guān)技術(shù) ?系統(tǒng)總體技術(shù) 系統(tǒng)總體技術(shù)是以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)。 2022/4/14 22 第四節(jié) 機電一體化系統(tǒng)的基本功能要素 ?控制與信息處理單元 控制與信息處理單元是機電一體化系統(tǒng)的核心單元。 ?用電子裝臵替代機械的主要功能，形成特殊的加工能力 ?將機電技術(shù)完全融合形成新型機電一體化產(chǎn)品 2022/4/14 12 第二節(jié) 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法 ?機電一體化系統(tǒng)開發(fā)的設(shè)計思想 在開發(fā)過程中，一方面要求設(shè)計機械系統(tǒng)時應(yīng)選擇與控制系統(tǒng)的電氣參數(shù)相匹配的機械系統(tǒng)參數(shù)；同時也要求設(shè)計控制系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)機械系統(tǒng)的固有結(jié)構(gòu)參數(shù)來選擇和確定電氣參數(shù)。 ?電子：可實現(xiàn)復(fù)雜的檢測和控制；但無法實現(xiàn)重載運動。在設(shè)計時完全從系統(tǒng)的整體目標(biāo)考慮各子系統(tǒng)的設(shè)計，所以接口簡單，甚至可能互融一體。 機械技術(shù)的出發(fā)點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其他高新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、材料、性能以及功能上的變更。因此，它實際上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化器。機械系統(tǒng)的剛度包括構(gòu)件產(chǎn)生各種基本變形時的剛度和兩接觸面的接觸剛度兩類。傳動精確，且強度大、能承受重載、結(jié)構(gòu)緊湊。 棘輪 2022/4/14 69 第二節(jié) 導(dǎo)向機構(gòu) 在機電一體化機械系統(tǒng)中，導(dǎo)向支撐部件的作用是支撐和限制運動部件能按給定的運動要求和運動方向運動，這樣的部件通常稱為導(dǎo)軌副，簡稱導(dǎo)軌。滾柱對導(dǎo)軌的不平度較敏感，容易產(chǎn)生側(cè)向偏移和滑動，而使導(dǎo)軌的阻力增加，磨損加快，精度降低。機械夾持器首先應(yīng)有一定的力約束和形狀約束，以保證被夾工件在移動、停留和裝入過程中不改變姿態(tài)。 ?足夠的容量，傳感器的工作范圍或量程要足夠的大，具有一定過載的能力。 2022/4/14 120 第二節(jié) 常用傳感器 ?光柵式線位移傳感器 2022/4/14 121 第二節(jié) 常用傳感器 光柵是一種新型的位移檢測元件，它的 特點是測量精度高、響應(yīng)速度快和量程 范圍大等。壓力發(fā)生變化時，表面電荷量也會隨之發(fā)生變換，這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。 所謂熱敏電阻即是對熱量敏感的電阻體，其電阻值隨溫度的變化而顯著改變。當(dāng)開關(guān) 閉合而其余兩個開關(guān)斷開時其放大倍數(shù)為 選擇不同的開關(guān) 閉合，即可實現(xiàn) 增益的變換。常用的查表方法有：順序查表法、計算查表法、對分查表法。 ?被控對象 ?檢測環(huán)節(jié) 檢測環(huán)節(jié)是指能夠?qū)敵鲞M行測量并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝臵，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。氣動執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護方便、成本低。 2022/4/14 187 第二節(jié) 伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件 ?交流伺服電動機的控制方法 和普通感應(yīng)電動機相同，兩相伺服電動機磁轉(zhuǎn)矩的大小取決于氣隙磁場的每極磁通量和轉(zhuǎn)子電流的大小及相位。此外還有三相單、雙六拍等通電方式 2022/4/14 193 第二節(jié) 伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件 ?直線電動機 ?直線電動機是近年來國內(nèi)外積極研究發(fā)展的新型電動機之一?？蓪⒉竭M電動機與絲杠通過連軸器直接連接，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，可獲得較高的速度，但對步進電動機的負(fù)載能力要求較高。一般來講，開環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性容易滿足要求，設(shè)計時應(yīng)主要考慮滿足精度方面的要求，并通過合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)性能。當(dāng)定子接通電源后，電動機異步啟動，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，在轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生的同步轉(zhuǎn)矩作用下，進入同步運行。然而 ，由于它在數(shù)控機床中作為執(zhí)行元件，將交流電信號轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度 ，所以要求轉(zhuǎn)子速度的快慢能夠反映控制信號的相位，無控制信號時它不轉(zhuǎn)動。 2022/4/14 177 第二節(jié) 伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件 ?電動執(zhí)行元件 電動執(zhí)行元件以電能作為動力，并把電能轉(zhuǎn)變成位移或轉(zhuǎn)角形式的機械能，以實現(xiàn)對被控對象的調(diào)整和控制。其輸出量是機械位臵和角度。當(dāng)輸入信號頻率提高時，由于 A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時間，會造成較大的轉(zhuǎn)換誤差。在電流輸出和頻率輸出傳感器中，除了少數(shù)直接利用其電流或頻率輸出信號外，大多數(shù)采用變換器，將它們轉(zhuǎn)換成電壓輸出型傳感器。 2022/4/14 133 第二節(jié) 常用傳感器 ?壓力傳感器 除了可以利用電阻應(yīng)變片檢測壓力外，對液體或氣體壓力還可以采用其他方法檢測。常規(guī)變壓器的兩個繞組之間是固定的，其輸入電壓和輸出電壓之比保持常數(shù)。缺點是 分辨率不高，易 磨損。它常用小件搬運，也根據(jù)工件形狀、尺寸、質(zhì)量大小的不同將多個真空吸附手組合使用。 滾動體不循環(huán)式導(dǎo)軌的滾動體可以是滾珠、滾柱或滾針。 為了防止產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以采?。翰捎脻L動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌，卸荷導(dǎo)軌、貼塑料層導(dǎo)軌。它可以彎曲繞過各種障礙物，遠(yuǎn)距離傳遞回轉(zhuǎn)運動。 2022/4/14 42 第一節(jié) 傳動裝臵 ?間隙 間隙將使機械傳動系統(tǒng)中間產(chǎn)生回程誤差，影響伺服系統(tǒng)中位臵環(huán)的穩(wěn)定性。 2022/4/14 34 第一節(jié) 傳動裝臵 ?影響機電一體化系統(tǒng)中的傳動鏈動力學(xué)性能的因素一般有以下幾個 ?負(fù)載的變換 ?傳動鏈慣性 ?傳動鏈固有頻率 ?間隙、摩擦、潤滑和溫升 2022/4/14 35 第一節(jié) 傳動裝臵 ?在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，傳動機構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡可能小 ?剛度越大伺服系統(tǒng)動力損失越小；剛度越大機構(gòu)固有頻率越高，超出系統(tǒng)的頻帶寬度，不易產(chǎn)生共振；剛度越大閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高 ?機械零件產(chǎn)生共振時，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅就越小，且衰減越快；但大阻尼也會使系統(tǒng)的失動量和反轉(zhuǎn)誤差增大，穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低 2022/4/14 36 第一節(jié) 傳動裝臵 ?系統(tǒng)傳動部件的靜摩擦力應(yīng)盡可能?。粍幽Σ亮?yīng)是盡可能小的正斜率，若為負(fù)斜率則易產(chǎn)生爬行，精度降低，壽命減少。 信息處理的發(fā)展方向是如何提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。為系統(tǒng)提供能量和動力以保證系統(tǒng)正常運行。微電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進步，則為機電一體化技術(shù)奠定了 物質(zhì)基礎(chǔ) ； 2022/4/14 5 第一節(jié) 機電一體化的定義 ?Mechtronics是一個綜合的概念，包含技術(shù)和產(chǎn)品兩方面。系統(tǒng)工程、控制論和信息論是機電一體化的 理論基礎(chǔ) ，也是機電一體化技術(shù)的方法論。 其開發(fā)重點是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，以便于機械系統(tǒng)的快速組合和更換 2022/4/14 19 第三節(jié) 機電一體化系統(tǒng)的基本功能要素 ?動力單元 按照機電一體化系統(tǒng)的控制要求。實現(xiàn)信息處理的主要工具是計算機，因此信息處理技術(shù)與計算機技術(shù)是密切相關(guān)的。 對于工作機中的傳動機構(gòu)，既要求能實現(xiàn)運動的轉(zhuǎn)換，又要求能夠?qū)崿F(xiàn)動力的轉(zhuǎn)換；對于信息機中的傳動機構(gòu)，主要要求運動的轉(zhuǎn)換；對于動力，則只需要克服慣性力（力矩）和各種摩擦力（力矩）以及較小的工作負(fù)載即可。機械傳動部件實際上是個多自由度系統(tǒng)，有一個基本固有頻率和若干高階固有頻率，分別稱為機械傳動部件的一階諧振頻率和 n階諧振頻率。 2022/4/14 66 第一節(jié) 傳動裝臵 鋼絲軟軸主要用于兩個傳動機件的軸線不在同一直線上，或工作時彼此要求有相對運動的傳動。提高導(dǎo)軌的精度保持性，必須進行正確的潤滑與保護 2022/4/14 74 第二節(jié) 導(dǎo)向機構(gòu) ?運動的靈活性和低速運動的平穩(wěn)性 工作時應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速運動或微量位移時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，高速運動時應(yīng)無振動。 2022/4/14 83 第二節(jié) 導(dǎo)向機構(gòu) ?按滾動體的循環(huán)方式，滾動導(dǎo)軌又可分為滾動體不循環(huán)式導(dǎo)軌和滾動體循環(huán)式導(dǎo)軌兩種。這類夾持器對工件被夾持部位的尺寸有嚴(yán)格要求，否則可能會造成工件狀態(tài)失常 2022